复合材料复习题
高分子复合材料?复习题
根本概念
1强度材料在外力作用下抵抗永久形变或断裂的能力。
2 比强度材料极限强度与密度的比值。
3模量材料在弹性变形阶段，应力与应变成正比例关系，比例系数为模量。
4 比模量模量与密度的比值。
5复合后的产物为固体时才称为复合材料，假设复合产物为液体或气体时就不称为复合材料。
6用两种或两种以上纤维增强同一基体制成的复合材料称为混杂复合材料。
7 按基体材料分类聚合物基复合材料金属基复合材料无机非金属基复合材料
8 按材料作用分类构造复合材料功能复合材料
9 连续纤维增强金属基复合材料，在复合材料中纤维起着主要承载作用。
10 在连续纤维增强金属基复合材料中基体的主要作用应是以充分发挥增强纤维的性能为主。
11非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强金属基复合材料具有决定性的影响。
12 铁、镍元素在高温时能有效地促使碳纤维石墨化，破坏了碳纤维的构造，使其丧失了原有的强度，做成的复合材料不可能具备高的性能。
13 构造复合材料的基体大致可分为轻金属基体和耐热合金基体两大类。
14 连续纤维增强金属基复合材料一般选用纯铝或含合金元素少得单相铝合金，而颗粒、晶须增强金属基复合材料则选择具有高强度的铝合金。
15用于1000℃以上的高温金属基复合材料的基体材料主要是镍基、铁基耐热合金和金属间化合物，较成熟的是镍基、铁基高温合金。
16 复合材料的界面效应包括传递效应、阻断效应、不连续效应、散射和吸收效应及诱导效应。
17常用的瓷基体主要包括玻璃、玻璃瓷、氧化物瓷、非氧化物瓷等。
18 复合材料中的基体有三种主要的作用：把纤维粘在一起；分配纤维间的载荷；保护纤维不受环境影响。
19 降解指聚合物主链的断裂，它导致相对分子质量下降，使材料的物理力学性能变坏。交联是指*些聚合物交联过度而使聚合物变硬、发脆，使物理力学性能变坏。
20 热固性树脂分类不饱和聚酯树脂环氧树脂酚醛树脂
21 不饱和聚酯树脂是指有线性构造的，主链上同时具有重复酯键及不饱和双键的一类聚合物。
22 应用最广泛的交联剂是苯乙烯。
23 引发剂一般为有机过氧化物，它的特性通常用临界温度和半衰期来表示。临界温度是指有机过氧化合物具有引发活性的最低温度；半衰期是指是给定的温度条件下，有机过氧化物分解一般所需要的时间。
24 但凡含有二个以上环氧基的高聚物统称为环氧树脂。
25热塑性聚合物是指具有线型或支链型构造的那一类有机高分子化合物，这类聚合物可以反复受热软化〔或熔化〕，而冷却后变硬。
26 无碱玻璃纤维〔E玻纤〕最大的特点是电性能好，因此也把它称作电器玻璃。
27 当纤维存放一段时间后，会出现强度下降的现象，称为纤维的老化。
28 玻璃纤维的疲劳一般是指纤维强度随施加负荷时间的增加而降低的情况。
29玻璃纤维织物的品种很多，主要有玻璃纤维布、玻璃纤维毡、玻璃纤维带等。
30 碳纤维的制造方法可分为两种类型，即气相法和有机纤维碳化法。
31 制作碳纤维的主要原料有三种：人造丝、聚丙烯腈纤维、沥青。
32 碳化硅纤维的制造方法主要有两种：化学气相沉积法和烧结法。
33 硼纤维是一种将硼元素通过高温化学气相法沉积在钨丝外表制成的高性能增强纤维。
34 晶须分为瓷晶须和金属晶须两类，用作增强材料的主要是瓷晶须。
35 对于聚合物基复合材料，其界面的形式可以分成两个阶段：第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润过程；第二阶段是聚合物的固化阶段。
36 界面结合力又可分为宏观结合力和微观结合力，前者主要指材料的几何因素，如外表的凹凸不平、裂纹、空隙等所产生的机械铰合力；后者包括化学键和次价键，这两种键的相比照例取决于组成成分及其外表性质。37金属基纤维复合材料的界面结合可以分成物理结合溶解和浸润结合反响结合。
38 物理结合是指借助材料外表的粗糙形态而产生的机械铰合，以及借助基体收缩应力包紧纤维时产生的摩擦结合。
39 外表处理就是在增强材料外表涂覆上一种称为外表处理剂的物质，这种外表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，从而到达提高复合材料各种性能的目的。
40 玻璃纤维与树脂的界面粘结性不好，故常采用偶联剂涂层的方法对纤维外表进展处理。
41材料的烧蚀是指材料在高温时，外表发生分解，引起气化，于此同时吸收热量，到达冷却的目的。
42 疲劳破坏是指材料在交变负荷作用下，逐渐形成裂缝，并不断扩大而引起的低应力破坏。
43 金属基复合材料的种类，按基体分类：铝基复合材料、镍基复合材料、钛基复合材料。
44对于像燃气轮机零件这类用途，必须采用更加耐热的镍、钴、铁基材料。
45 瓷材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀及重量轻等许多优良的性能，但它同时也具有致命的弱点，即脆性。
46 韧化瓷的途径：往瓷材料中参加起增韧作用的第二相而制成瓷基复合材料即是一种重要方法。
47 瓷材料除了形成各种晶体构造以外，有些还可形成原子或离子排列没有周期性规律的非晶态物质。
48 瓷基复合材料中德增强体通常也成为增韧体，可分为纤维、晶须和颗粒三类。
49 单向排布纤维增韧瓷基复合材料的显著特点是它具有各向异性，即沿纤维长度方向上的纵向性能要大大高于其横向性能。
50 由于晶须具有长径比，因此当其含量较高时，因其桥架效应而使致密化变得困难，从而引起了密度的下降并导致性能的下降。
51 晶须的增强增韧效果好，但含量高时会使致密度下降，颗粒可克制晶须的这一弱点但其增强增韧效果却不如晶须。
52 热压烧结法将长纤维切短，然后分散并与基体粉末混合，再用热价烧结的方法即可制得高性能的复合材料。
53碳/碳复合材料是由碳纤维或各种碳织物增强碳，或石墨化的树脂碳以及化学气相沉积碳所形成的复合材料，是具有特殊性能的新型工程材料，也被称为碳纤维增强碳复合材料。
54 常用的增强材料的外表〔涂层〕处理方法有：PVD、CVD、电化学、溶胶-凝胶法等。
55 模塑料SMC BMC MMC的含义。
金属基复合材料(MMC)
简答
1复合材料定义
复合材料是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。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中德，两相之间存在着相界面。分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。
2 交联剂作用
不饱和聚酯分子链中含有不饱和双键，因而在热得作用下通过这些双键，大分子链之间可以交联起来，变成体型构造。但是，这种交联产物很脆，没有什么优点，无实用价值。因此，在实际中经常把线型不饱和机制溶于烯类单体中，使聚酯中德双键间发生共聚合反响，得到体型产物，以改善固化后树脂的性能。
3 不饱和聚酯树脂的固化特点
不饱和聚酯树脂的的固化是一个放热反响，其过程可分为以下三个阶段：
1〕胶凝阶段从参加促进剂后到树脂变成凝胶状态的一段时间。这段时间对于玻璃钢制品的成型工艺起决定性作用，是固化过程最重要的阶段。
2〕硬化阶段硬化阶段是从树脂开场到胶凝到一定硬度，能把制品从模具上取下为止的一段时间。
3〕完全固化阶段通常在室温下进展，在后处理之前，室温至少要放置24小时，这段时间越长，制品吸水率越小，性能越好。
4 玻璃纤维的构造
微晶构造假说认为，玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微晶子〞组成，在“微晶子〞之间由硅酸块过冷溶液所填充。
网络构造假说认为，玻璃是由二氧化硅的四面体，铝氧三面体或硼氧三面体相互连成不规则三维网络，网络间的空隙有Na、K、Ca、Mg等阳离子所填充。
5 玻璃纤维高强的原因及影响因素
玻璃纤维比玻璃的强度高很多，这是因为玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使微裂纹产生的时机减少。此外，玻璃纤维的断面较小，随着断面的减小，使微裂纹存在的几率也减少，从而使纤维强度增高。直径小得玻璃纤维强度比直径粗的纤维强度高的原因是由于外表微裂纹尺寸和数量较小，从而减少了应力集中，使纤维具有较高的强度。
影响因素：1〕玻璃纤维的拉伸强度随直径变细而拉伸强度增加；2〕拉伸强度也与纤维的长度有关，随着长度增加拉伸强度显著下降；3〕纤维强度与玻璃的化学成分关系密切；4〕存放时间对纤维强度的影响；5〕施加负荷时间对纤维强度的影响6〕玻璃纤维成型方法和成型条件对强度也有很大影响。
6碳纤维的构造及影响因素
碳纤维的构造决定于原丝构造和碳化工艺。真实的碳纤维构造并不是理想的石墨点阵构造，而是属于乱层石墨构造。在乱层石墨构造中，石墨层片时根本的构造单元，假设干层片组成的微晶堆砌成直径数十纳米、长度数百纳米的原纤，原纤则构成了碳纤维单丝，其直径约数微米。
纤维中的缺陷如构造不匀、直径变异、微孔、裂缝或沟槽、气孔、杂质等是影响碳纤维强度的重要因素。
7 什么是界面，包含哪些组成局部，界面效应
复合材料的界面是指机体与增强物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。它包含了机体和增强物的局部原始接触面、基体与增强物相互作用生成的反响产物、此产物与基体及增强物上的氧化物及它们的反响产物等。
界面的几种效应：(1)传递效应界面能传递力，即将外力传递给增强物，祈祷基体和增强物之间桥梁的作用。〔2〕阻断效应结适宜当的界面有住址裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。〔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。〔4〕散射和吸收效应光波、声波、热弹性波、冲击波等再界面产生散射和吸收。〔5〕诱导效应一种物质的外表构造使另一种与之接触的物质的构造由于诱导作用而发生改变，由此产生一些现象。
8什么是界面浸润理论，化学键理论，物理吸附理论
界面浸润理论填充剂被液体树脂良好浸润是极其重要的，因浸润不良会在界面上产生空隙，易使应力集中而使复合材料发生开裂，如果完全浸润，则基体与填充剂间的粘结强度将大于基体的聚强度。
化学键理论处理增强剂外表的偶联剂应既含有能与增强剂起化学作用的官能团，又含有能与树脂基体起化学作用的官能团，由此在界面上形成共价键结合。
物理吸附理论增强纤维与树脂基体之间的结合是属于机械铰合和基于次价键作用的物理吸附。偶联剂的作用主要是促进基体与增强纤维外表完全浸润。
9 什么是聚合物基复合材料，基体和纤维的作用
聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。基体材料由于粘结性能好，把纤维结实地粘结起来。同时，基体又能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤维承受压缩和剪切载荷。纤维和基体之间的良好的复合显示了各自的优点，并能实现最正确构造的设计，具有许多优良特性。
10 手糊过程
手糊工艺是聚合物基复合材料制造中最早采用和最简单的方法。其工艺过程是先在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物，再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维织物，用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其均匀浸胶并排除气泡后，再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至到达所需厚度为止。然后在一定压力作用下加热固化成型，或利用树脂体系固化时放出的热量固化成型，最后脱模得到复合材料制品。
11 什么是颗粒增强复合材料，基体作用
颗粒增强复合材料是指弥散的硬质增强相得体积超过20%的复合材料，而不包括那种弥散质点体积比很
低的弥散强化金属。基体的作用在于传递载荷和便于加工。硬质增强相造成的对基体的束缚作用能阻止基体屈服。
12 硼纤维为什么选择铝合金作为基体
硼纤维选择铝合金作为基体是由于铝合金具有良好的综合性能。良好的综合性能是指良好的结合能力，较高的断裂韧性，较强的阻止在纤维断裂或劈裂处的裂纹扩展能力；较强的抗腐蚀性，较高的强度等。对于高温下使用的复合材料，还要求基体具有较好的抗蠕变性和抗氧化性。此外，基体应能熔焊或钎焊，而对于*些应用还要求基体能采用复合蠕变成型技术。
13 纤维增强瓷基复合材料增韧机理
裂纹扩展遇到纤维时会受阻，这样要使裂纹进一步扩展就必须提高外加应力。当外加应力进一步提高时，由于机体与纤维间的界面的离解，同时又由于纤维的强度高于基体的强度，从而使纤维可以从基体中拔出。当拔出的长度到达*一临界值时，会使纤维发生断裂。因此裂纹的扩展必须克制由于纤维的参加而产生的拔出功和纤维断裂功，这使得材料的断裂更为困难，从而起到了增韧的作用。实际材料断裂过程中，纤维的断裂并非发生在同一裂纹平面，这样主裂纹还将沿纤维断裂位置的不同而发生裂纹转向。这也同样会使裂纹的扩展阻力增加，从而使韧性进一步提高。
14 界面结合强度
界面结合强度直接影响了复合材料的韧化机制和韧化效果。界面强度过高，晶须将与基体一起断裂，限制了晶须的拔出，因而也就减小了晶须拔出机制对韧性的奉献。但另一方面，界面强度的提高有利于载荷的转移，因而提高了强化效果。界面强度过低，则使晶须的拔出功减小，这对韧化和强化都不利，因此界面强度存在一个最正确值。
15 热塑性树脂基复合材料与热固性树脂基复合材料在性能和加工工艺上的区别是什么.
热塑性树脂是指具有线型或分枝型构造的有机高分子化合物，热固性树脂是以不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等为主的高分子化合物。
性能上：热塑性树脂—柔韧性大，脆性低，加工性能好，但刚性、耐热性、尺寸稳定性差；热固性树脂—刚性大，耐腐蚀性、耐热性、尺寸稳定性好，不易变形，成型工艺复杂，加工较难。
加工工艺上：热塑性树脂—受热软化或熔融，可进展各种线型加工，冷却后变得坚硬。再受热，又可进展熔融加工，具有可重复加工性；热固性树脂—受热熔融的同时发生固化反响，形成立体网状构造，冷却后再受热不熔融，在溶剂中不溶解，不具有重复加工性。
16. 举出一个复合材料树脂体系的实例，并说明各组分的作用。
如不饱和聚酯树脂体系，各组分及其作用如下：1 交联剂：通过引发剂作用使线性聚酯分子交联成三维网状的体型大分子构造。2 引发剂：翻开交联剂分子和不饱和聚酯分子链上的双键，开形成自由基，发生自由共聚反响，到达交联固化的目的。引发剂一般为过氧化物。3 促进剂：使引发剂降低分解活化能，降低引发温度。4 阻聚剂：增加不饱和聚酯树脂的贮存稳定性，调节适用期。5 增稠剂：调节不饱和聚酯树脂的粘度。
17 什么是增强材料的外表处理.简述偶联剂的化学构造及作用。
外表处理是在增强材料的外表涂覆上外表处理剂〔包括浸润剂、偶联剂、助剂等物质〕，它有利于增强材料与基体间形成良好的粘结界面，从而到达提高复合材料各种性能的目的。
偶联剂的化学构造：分子两端含有性质不同的基团，一端的基团与增强材料外表发生化学作用或物理作用，另一端的基团则能和基体发生化学作用或物理作用，从而使增强材料与基体很好地偶联起来，获得良好的界面粘结，改善了多方面的性能，并有效地抵抗水的侵蚀。
18 简述碳/碳复合材料的性能。
力学性能：密度小；拉伸强度、弯曲强度、氏模量高；脆性大，应力-应变曲线呈现“假塑性效应〞：施加载荷初期呈线性关系，随后变为双线性。卸载后再加载荷，曲线仍为线性，并可到达原来的载荷水平。
热物理性能：热膨胀系数小，尺寸稳定；热导率高，并可以调节；比热容高；抗热震因子大。
烧蚀性能〔蒸发升华、热化学氧化〕：碳/碳复合材料烧蚀均匀、烧蚀凹陷浅，能良好地保持制件外形；烧蚀热高，为层材料和存放的器件提供保护。
化学稳定性：具有与碳一样的化学稳定性；抗氧化性能差。改善碳/碳复合材料抗氧化性能的方法：浸
渍树脂时参加抗氧化物质；气相沉积碳时参加抗氧元素；碳化硅涂层。
19 比拟弥散增强原理和颗粒增强原理的异同点。
1、承当载荷的物质有异：弥散增强原理：基体承当载荷。颗粒增强原理：基体承当主要的载荷，颗粒也承受载荷并约束基体的变形。
2、颗粒大小及体积分数有异：弥散增强原理：V p=0.01-0.15，d p=0.001μm-0.1μm。
颗粒增强原理：颗粒尺寸较大〔>1μm〕、颗粒坚硬。颗粒直径为1-50μm，颗粒间距为1-25μm，颗粒的体积分数为0.05-0.5。颗粒强化效果类似：颗粒阻止基体中位错运动的能力愈大，增强效果愈好。微粒尺寸愈小，体积分数愈高，强化效果愈好。
20 简述复合材料中金属基体的选择原则。
1、根据金属基复合材料的使用要求：金属基复合材料构〔零〕件的使用性能要选择金属基体材料的最重要的依据。
例：航空、航天领域：高比强度、高比模量、尺寸稳定性是最重要的性能要求，这就需要组成连续纤维石墨/镁、石墨/铝、硼/铝复合材料。
2、根据金属基复合材料的组成特点：对于连续纤维增强金属基复合材料，不要求基体有很高的强度，对于非连续增强金属基复合材料〔颗粒、晶须、短纤维〕，基体承当主要载荷，要求高强度。
3、根据金属基体与增强材料的界面状态和相容性
选择金属基体时，尽量防止基体与增强材料发生化学反响，同时应注意基体与增强材料的相容性，基体和增强材料应该有较好的浸润性。
21 晶须高强的主要原因及制备方法
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、晶须材料的部构造完整，使它的强度不受外表完整性的严格限制。
制备方法：CVD法、原位生长法、溶胶—凝胶法、气液固〔VLS〕法、液相生长法、固相生长法。思考题
1、复合材料具有的三个特点是什么.按增强体种类不同复合材料分哪几分类.按用途不同它又分为哪几类.
答：特点：1〕典型的复合材料是在一个特点的基体中，填充有一种或多种填充体2〕既保存原有组分或者材料的主要特色，并通过复合效应获得原组分所不具备的性能3〕可以通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得新的优越性能。
按增强材料形态分为以下三类：
1)、纤维增强复合材料：a.连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维的两个端点都位于复合材料的边界处；b.非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规则地分散在基体材料中；
2)、颗粒增强复合材料：微小颗粒状增强材料分散在基体中；
3)、板状增强体、编织复合材料：以平面二维或立体三维物为增强材料与基体复合而成。
按用途分类，有航空材料、电工材料、建筑材料、包装材料等。
2、简述玻璃纤维的构造与性能特点，与其相比Kevlar有机纤维和碳纤维各有什么优缺点.这三种增强纤维各自采取什么外表处理.其主要目的是什么.
答：玻璃纤维的构造特点：具有短程有序、长程无序的特点。
玻璃纤维的性能特点:具有各向同性，氏模量、热膨胀系数等性能，在纤维的轴向和径向都是一样的。利用化学刻蚀或接枝、涂层和氧化方法，在纤维外表引入反响性基团，使之能与树脂基体分子的基团反响，增加外表能，可以改善纤维与基体之间的润湿性。对纤维进展外表改性可以改善它与聚合物基体的粘接性。
玻璃纤维通常玻璃纤维与树脂的界面粘结性不好,故常采用偶联剂涂层的方法对纤维外表进展处理。碳纤维由于碳纤维本身的构造特征.使其与树脂的界面粘结力不大,因此用未经外表处理的碳纤维制成的复合材料其层间剪切强度较低。可用于碳纤维外表处理的方法较多,如氧化、沉积、电聚合与电沉积、等离子体处理等。
kevlar纤维通过有机化学反响和等离子体处理,在纤维外表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。
3、何为长纤维增强材料中增强体的最小体积分数.何为临界体积分数.何为短纤维的临界长度.
答：
4、简述纤维增强聚合物基复合材料的界面特点和界面设计的主要原则以其主要的制备工艺。
答：
5、简述纤维增强聚合物基复合材料的性能特点。
答：
6、比拟粉末冶金法和液态法制备金属基复合材料的优缺点。
答：将金属或非金属粉末混合后压制成形，并在低于金属熔点的温度下进展烧结，利用粉末间原子扩散来使其结合的过程被称做粉末冶金工艺。特点：整个工艺过程处于较低的温度，金属和增强物都处于固态；界面反响不严重。
金属基体处于熔融状态下与固体增强物复合成材料的方法。工艺过程：液态金属浸渍成型。特点：制备温度高，易发生严重的界面反响，有效控制界面反响是液态法的关键。
7、举出几种制备金属基复合材料的原位复合工艺，它们的共同优点是什么.
答：增强相从基体中直接生成，生成相的热力学稳定性好，不存在基体与增强相之间的润湿和界面反响等问题，基体与增强相结合良好，较好的解决了界面相容性问题。
制备方法：(1)直接金属氧〔氮〕化法(2)定向凝固法(3)原位反响生成法(4)自蔓延高温合成法
8、金属基复合材料界面结合的三种主要形式是什么.改善其界面结合的主要途径有哪些.
答：金属基复合材料界面结合的三种主要形式：〔1〕机械结合：第一类界面。主要依靠增强剂的粗糙外表的机械“锚固〞力结合。〔2〕浸润与溶解结合：第二类界面。如相互溶解严重，也可能发生溶解后析出现象，严重损伤增强剂，降低复合材料的性能。如采用熔浸法制备钨丝增强镍基高温合金复合材料以及碳纤维/镍基复合材料在600C下碳在镍中先溶解后析出的现象等。〔3〕化学反响结合：第三类界面。大多数金属基复合材料的基体与增强相之间的界面处存在着化学势梯度。只要存在着有利的动力学条件，就可能发生相互扩散和化学反响。
主要途径：a.增强剂的外表改性处理：〔1〕改善增强剂的力学性能〔保护层〕；〔2〕改善增强剂与基体的润湿性和粘着性〔润湿层〕；〔3〕防止增强剂与基体之间的扩散、渗透和反响〔阻挡层〕；〔4〕减缓增强剂与基体之间因弹性模量、热膨胀系数等的不同以及热应力集中等因素所造成的物理相容性差的现象〔过渡层、匹配层〕。b.金属基体改性〔添加微量合金元素〕：〔1〕控制界面反响。〔2〕增加基体合金的流动性，降低复合材料的制备温度和时间。〔3〕改善增强剂与基体的润湿性。
9、和聚合物基复合材料相比，金属基复合材料的优势是什么.
答：金属基复合材料相对于传统的金属材料来说，具有较高的比强度与比刚度；而与树脂基复合材料相比，它又具有优良的导电性与耐热性；与瓷基材料相比，它又具有高韧性和高冲击性能。
10、对瓷材料进展复合的目的是什么.在瓷基复合材料中那种增强材料复合效果较佳.为什么.
答：
11、什么是碳碳复合材料.它有哪些优点.其最主要的性能特点是什么.试举2例其实际应用。
答：由石墨纤维和石墨基体组成，具有高的烧蚀热、低烧蚀率，在抗热冲击和超热环境下具有高强度等优点的复合材料是碳碳复合材料。
12、制备碳碳基复合材料的根本思路是什么.按基体碳获得方法不同，目前碳碳基复合材料的制备工艺分那两类.
答：根本思路：先将碳增强材料预先制成预成型体，然后再以基体碳填充逐渐形成致密的C/C复合材料。碳碳基复合材料的制备工艺分那两类：1〕预制体的制备2〕预制体与基体的复合
13、为什么要对碳碳复合材料进展抗氧化保护.目前采取的主要方式是那2种.其原理是什么.
答：在C/C复合材料外表进展耐高温材料的涂层，起到阻隔氧侵入作用。主要方式：〔1〕抑制剂法作用机理：抑制剂或可以在碳氧化时抑制氧化反响；或可先与氧反响形成氧化物，起到吸氧剂作用。〔2〕防氧化涂层法作用机理：涂层在氧化性气氛下的氧化会形成SiO2，在高于1200 ℃时SiO2粘度很低，可以流入并填充涂层的裂缝。但低于1200 ℃时SiO2粘度太高，丧失自愈合能力。
14、简述瓷基体复合材料的分类，常见的瓷基体复合材料制备方法有哪些.
答：按照用途分类：1〕构造瓷复合材料2〕功能瓷复合材料。按照增强材料形态分类：1〕颗粒增强瓷复合材料2〕纤维〔晶须〕增强复合材料3〕片材增强瓷复合材料
瓷基复合材料的制备方法：1〕冷压和烧结法〔粉末冶金法〕2〕热压烧结法3〕热等静压烧结成型4〕熔融渗透法5〕CVD、CVI法6〕溶胶--凝胶〔Sol-Gel〕法7〕热解(Pyrolysis)法8〕其他方法：自蔓燃高温合成法、原位生长工艺
15、纤维增强复合材料中，轴向和横向的强度各有什么特点.
答：纵向强度和刚度
a.复合材料应力-应变曲线的初始阶段，纤维与基体弹性模量比值越大，纤维体积含量越高，则纤维承载越大。因此，对于给定的纤维/基体复合材料体系，应尽可能提高纤维的体积分数。
16、影响玻璃纤维化学稳定性的因素及方法.
答：影响玻璃纤维化学稳定性的因素：〔1〕化学成分：a. 酸的浸蚀：碱金属氧化物溶解，生成硅酸胶体〔极薄氧化硅保护膜〕，〔中碱玻璃纤维的耐酸性好〕b. 水的侵蚀：溶解碱金属〔无碱玻璃纤维耐水性好〕c. 碱液侵蚀：对所有成分都是均匀进展的。〔2〕外表情况：a.玻璃耐蚀性：很好b.玻璃纤维耐蚀性：差很多〔比外表增大〕。〔3〕侵蚀介质体积和温度：温度升高，加剧玻璃纤维被腐蚀；介质体积增大，加剧玻璃纤维被腐蚀。
17、什么是玻璃钢，性能及应用.
答：玻璃钢〔FRP〕亦称作GRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。
性能：轻质高强、耐腐蚀性能好、电性能好、热性能良好、可设计性好、工艺性优良，弹性模量低长期耐温性差、层间剪切强度低等。应用：玻璃钢是复合材料的一种，玻璃钢材料因其独特的性能优势，已在航空航天、铁道铁路、装饰建筑、家居家具、广告展示、工艺礼品、建材卫浴、游艇泊船、体育用材、环卫工程等等相关十多个行业中广泛应用。
18、对RTM工艺过程进展简单描述，并说明该工艺的特点，能够制备什么样的制品.并给出实际制品的例子，并说明制备该制品的工艺过程及工艺条件。
答：
19、聚合物基、金属基及瓷基复合材料的成型加工技术及特点。
答：
20、复合材料的增强机制及增韧机理的详细容。
答：主要增韧机制有：1)纤维的拔出、脱粘、纤维搭桥增韧2)颗粒增韧3)微裂纹增韧4)相变增韧5)层状构造增韧
21、瓷材料与金属、聚合物材料的区别
答：瓷是金属和非金属元素的固体化合物，其键合为共价键或离子键，与金属不同，它们不含有大量电子。一般而言，瓷具有比金属更高的熔点和硬度，化学性质非常稳定，耐热性、抗老化性皆好。通常的瓷是绝缘体，在高温下也可以导电，但比金属导电性差得多。区分：根据两种材料的电阻—温度系数来区别。
瓷材料与有机高分子材料的区分：可以从分子构造上来区别。高分子材料含有不连续的大分子，在分子的碳原子是由共价键相联，分子与分子间则通过较弱的vander-Waal 或氢键结合。
瓷材料的特点：很好的耐热性、很好的化学稳定性、高的耐磨性能、低的密度、低的韧性
复合材料复习题
复合材料复习题 1、简述增强材料（增强体、功能体）在复合材料中所起的作用，并举例说明。 填充：廉价、颗粒状填料，降低成本。例：PVC中添加碳酸钙粉末。 增强：纤维状或片状增强体，提高复合材料的力学性能和热性能。效果取决于增强体本身的力学性能、形态等。例：TiC颗粒增强Si3N4复合材料、碳化钨/钴复合材料，切割工具；碳/碳复合材料，导弹、宇航工业的防热材料（抗烧蚀），端头帽、鼻锥、喷管的喉衬。 赋予功能：赋予复合材料特殊的物理、化学功能。作用取决于功能体的化学组成和结构。例：1-3型PZT棒/环氧树脂压电复合材料，换能器，用于人体组织探测。 2、复合材料为何具有可设计性？简述复合材料设计的意义。如何设计防腐蚀（碱性）玻璃纤维增强塑料？ 组分的选择、各组分的含量及分布设计、复合方式和程度、工艺方法和工艺条件的控制等均影响复合材料的性能，赋予了复合材料性能的可设计性。 意义：①每种组分只贡献自己的优点，避开自己的缺点。②由一组分的优点补偿另一组分的缺点，做到性能互补。③使复合材料获得一种新的、优于各组分的性能（叠加效应）。优胜劣汰、性能互补、推陈出新。 耐碱玻璃纤维增强塑料的设计：使用无碱玻璃纤维和耐碱性树脂（胺固化环氧树脂）。在保证必要的力学性能的前提下，尽量减少玻璃纤维的体积比例，并使树脂基体尽量保护纤维不受介质的侵蚀。 3、简述复合材料制造过程中增强材料的损伤类型及产生原因。 力学损伤：属于机械损伤，与纤维的脆性有关。脆性纤维（如陶瓷纤维）对表面划伤十分敏感，手工操作、工具操作，纤维间相互接触、摆放、缠绕过程都可能发生。 化学损伤：主要为热损伤，表现为高温制造过程中，增强体与基体之间化学反应过量，增强体中某些元素参与反应，增强体氧化。化学损伤与复合工艺条件及复合方法有关。热损伤伴随着增强体与基体之间界面结构的改变，产生界面反应层，使界面脆性增大、界面传递载荷的能力下降。 4、简述复合材料增强体与基体之间形成良好界面的条件。 在复合过程中，基体对增强体润湿；增强体与基体之间不产生过量的化学反应；生成的界面相能承担传递载荷的功能。 复合材料的界面效应，取决于纤维或颗粒表面的物理和化学状态、基体本身的结构和性能、复合方式、复合工艺条件和环境条件。 5、什么是相乘效应？举例说明。 两种具有转换效应的材料复合在一起，产生了连锁反应，从而引出新的机能。可以用通式表示：X/Y·Y/Z=X/Z （式中X、Y、Z分别表示各种物理性能）。 压磁效应?磁阻效应=压敏电阻效应；闪烁效应?光导效应=辐射诱导导电。 例：磁电效应（对材料施加磁场产生电流）——传感器，电子回路元件中应用。 压电体BaTiO3与磁滞伸缩铁氧体NiFe2O4烧结而成的复合材料。对该材料施加磁场时会在铁氧体中产生压力，此压力传递到BaTiO3，就会在复合材料中产生电场。最大输出已达103 V·A。 单一成分的Cr2O3也有磁电效应，但最大输出只有约170 V·A。 6、推导单向板复合材料中纤维体积分数与纤维半径的关系（以正方形阵列为例）。 纤维体积：(4?1/4)πr2l=πr2l 复合材料体积：(2R)2l=4R2l 纤维体积分数：V f=πr2l/(4R2l)= πr2/(4R2) 纤维间距与纤维体积分数的关系： s=2R-2r=2[πr2/(4V f)]1/2-2r=2[(π/4V f)1/2-1]r 7、什么是材料复合的结构效果？试述其内涵。 结构效果是指在描述复合材料的性能时，必须考虑组分的几何形态、分布形态和尺度等可变因素。这类效果往往可以用数学关系描述。 结构效果包括：1、几何形态效果（形状效果）：决定因素是组成中的连续相。对于1维分散质，当分散质的性质与基体有较大差异时，分散质的性能可能会对复合材料的性能起支配作用。2、分布形态效果（取向效果）：又可分为几何形态分布（几何体的取向）和物理性能取向：导致复合材料性能的各向异性，对复合材料的性能有很大影响。3、尺度效果：影响材料表面物理化学性能（比表面积、表面自由能）、表面应力分布和界面状态，导致复合材料性能的变化。 8、简述单向复合材料的细观力学分析模型的基本假设的要点。 单元体：宏观均匀、无缺陷、增强体与基体性能恒定、线弹性。 增强体：匀质、各向同性、线弹性、定向排列、连续。
山大复合材料结构与性能复习题参考答案
1、简述构成复合材料的元素及其作用 复合材料由两种以上组分以及他们之间的界面组成。即构成复合材料的元素包括基体相、增强相、界面相。 基体相作用：具有支撑和保护增强相的作用。在复合材料受外加载荷时，基体相一剪切变形的方式起向增强相分配和传递载荷的作用，提高塑性变 形能力。 增强相作用：能够强化基体相的材料称为增强体，增强体在复合材料中是分散相，在复合材料承受外加载荷时增强相主要起到承载载荷的作用。 界面相作用：界面相是使基体相和增强相彼此相连的过渡层。界面相具有一定厚度，在化学成分和力学性质上与基体相和增强相有明显区别。在复 合材料受外加载荷时能够起到传递载荷的作用。 2、简述复合材料的基本特点 (1)复合材料的性能具有可设计性 材料性能的可设计性是指通过改变材料的组分、结构、工艺方法和工艺参数来调节材料的性能。显然，复合材料中包含了诸多影响最终性能、可调节的因素，赋予了复合材料的性能可设计性以极大的自由度。 (2)材料与构件制造的一致性 制造复合材料与制造构件往往是同步的，即复合材料与复合材料构架同时成型，在采用某种方法把增强体掺入基体成型复合材料的同时，通常也就形成了复合材料的构件。 (3)叠加效应 叠加效应指的是依靠增强体与基体性能的叠加，使复合材料获得一种新的、独特而又优于个单元组分的性能，以实现预期的性能指标。 (4)复合材料的不足 复合材料的增强体和基体可供选择地范围有限；制备工艺复杂，性能存在波动、离散性；复合材料制品成本较高。 3、说明增强体在结构复合材料中的作用
能够强化基体的材料称为增强体。增强体在复合材料中是分散相。复合材料中的增强体，按几何形状可分为颗粒状、纤维状、薄片状和由纤维编制的三维立体结构。暗属性可分为有机增强体和无机增强体。复合材料中最主要的增强体是纤维状的。对于结构复合材料，纤维的主要作用是承载，纤维承受载荷的比例远大于基体；对于多功能复合材料，纤维的主要作用是吸波、隐身、防热、耐磨、耐腐蚀和抗震等其中一种或多种，同时为材料提供基本的结构性能；对于结构陶瓷复合材料，纤维的主要作用是增加韧性。 4、说明纤维增强复合材料为何有最小纤维含量和最大纤维含量 在复合材料中, 纤维体积含量是一个很重要的参数。纤维强度高，基体韧性好，若加入少量纤维，不仅起不到强化作用反而弱化，因为纤维在基体内相当于裂纹。所以存在最小纤维含量，即临界纤维含量。若纤维含量小于临界纤维量，则在受外载荷作用时，纤维首先断裂，同时基体会承受载荷，产生较大变形，是否断裂取决于基体强度。纤维量增加，强度下降。当纤维量大于临界纤维量时，纤维主要承受载荷。纤维量增加强度增加。总之，含量过低,不能充分发挥复合材料中增强材料的作用；含量过高,由于纤维和基体间不能形成一定厚度的界面过渡层, 无法承担基体对纤维的力传递, 也不利于复合材料抗拉强度的提高。 5、如何设才计复合材料 材料设计是指根据对材料性能的要求而进行的材料获得方法与工程途径的规划。复合材料设计是通过改变原材料体系、比例、配置和复合工艺类型及参数，来改变复合材料的性能，特别是是器有各向异性，从而适应在不同位置、不同方位和不同环境条件下的使用要求。复合材料的可设计性赋予了结构设计者更大的自由度，从而有可能设计出能够充分发掘与应用材料潜力的优化结构。复合材料制品的设计与研制步骤可以归纳如下： 1)通过论证明确对于材料的使用性能要求，确定设计目标 2)选择材料体系（增强体、基体）
西工大 复合材料原理复习题及答案(仅供参考)
学习资料收集于网络，仅供参考 1.为什么Nicalon sic 纤维使用温度低于1100℃？怎样提高使用温度？ 从热力学上讲，C-SIO 2界面在1000℃时界面气相CO 压力可能很高，相应的O 2浓度也较高。只有O 2扩散使界面上O 2浓度达到较高水平时，才能反应生成CO 。但是温度较低时扩散较慢，因此C-SiO 2仍然在1000℃左右共存。 当温度升到1100℃，1200℃时，CO 的压力将会更高，此时O 2的浓度也较高，而扩散速度却加快。因而，SiC 的氧化速度加快，导致Nicalon 纤维在1100℃，1200℃时性能下降很快。 要提高Nicalon 纤维的使用温度，需降低Nicalon 纤维的游离C 和O 的含量，以防止游离C 继续与界面O 反应。 2.复合材料的界面应力是怎样产生的？对复合材料的性能有何影响？ 复合材料的界面应力主要是由于从制备温度冷却到室温的温度变化△T 或是使用过程中的温度变化△T 使得复合材料中纤维和基体CTE （coefficient of thermal expansion 热膨胀系数？）不同而导致系统在界面强结合的情况下界面应力与△T 有着对应关系；在界面弱结合的情况下，由于滑移摩擦引起界面应力。 除了热物理不相容外，还有制备过程也能产生很大甚至更大的界面应力。如：PMC 的固化收缩，MMC 的金属凝固收缩，CMC 的凝固收缩等。 △CTE 限制界面应力将导致基体开裂，留下很多裂纹，裂纹严重时将使复合材料解体，使复合材料制备失败，或是使其性能严重下降，△CTE 不大时，弹塑性作用，不会出现裂纹。而对于CMC ，即使不会出现明显的裂纹，基体也已经出现了微裂纹。这些微裂纹对复合材料的性能不会有很的影响，相反，这些微裂纹对CMC 复合材料的增韧有帮助，因为微裂纹在裂纹扩展过程中将会再主裂纹上形成很多与裂纹而消耗能量，从而达到增韧的目的。 3．金属基复合材料界面控制的一般原则是什么？ 金属基复合材料要求强结合，此时能提高强度但不会发生脆性破坏。均存在界 面化学反应趋势，温度足够高时将发生界面化学反应，一定的界面化学反应能增加界面的结合强度，对增强有利。过量的界面化学反应能增加界面的脆性倾向对增韧不利。因此，MMC 的界面化学反应是所希望的，但是应该控制适度。 具体原则有： 纤维表面涂层处理：改善润湿性，提高界面的结合强度，并防止不利的界面反应。 基体改性：改变合金的成分，使活性元素的偏聚在f/m 界面上降低界面能，提高润湿性。 控制界面层：必须考虑界面层的厚薄，以及在室温下熔体对纤维及纤维表面层的溶解侵蚀。纤维及其表面层金属熔体中均具有一定的溶解度。因而，溶解和侵蚀是不可避免的。 4.为什么玻璃陶瓷/Nicalon 复合材料不需要制备界面层？ 氧化物玻璃基体很容易与Nicalon SiC 纤维反应：SiC+O 2=SiO 2+C 这一反应可以被利用来制备界面层。 氧化物玻璃基体与Nicalon SiC 纤维还可能发生其它氧化反应，但由于需要气相产物扩散离开界面，因为其他热力学趋向很大，但反应驱动力相对较小。因上述反应生成的SiO 2 在SiO 2基玻璃中很容易溶入玻璃基体。如果使用的玻璃基体不发生饱和分相的话，反应的结果将在界面上生成C 界面层或纤维的表面层，因而不需要预先制备界面层，这就是玻璃陶瓷的最大优点。 5．复合材料有哪三个组元组成，作用分别是什么？ 复合材料是由：基体，增强体，界面。 基体：是复合材料中的连续相，可以将增强体粘结成整体，并赋予复合材料一 定形状。有传递外界作用力，保护增强体免受外界环境侵蚀的作用。 增强体：主要是承载，一般承受90%以上的载荷，起着增大强度，改善复合材 料性能的作用。 界面：1.传递作用：载荷施加在基体上，只有通过界面才能传递到增强体上， 发挥纤维的承载能力，所以界面是传递载荷的桥梁。 2.阻断作用：结合适当的界面有阻止裂纹扩展，中断材料破坏，减缓应力集中的作用。 3.保护作用：界面相可以保护增强体免受环境的腐蚀，防止基体与增强体 之间的化学反应，起到保护增强体的作用。 6. 请说明临界纤维长度的物理意义？ 能够达到最大纤维应力，即极限强度σfu 的最小纤维长度，称为临界长度Lc ，临界纤维长度是载荷传递长度的最大值。 L 复合材料复习资料 1复合材料的定义？ 复合材料是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。复合后的产物为固体时才称为复合材料，若为气体或液体，就不能成为复合材料。 2复合材料的分类： 1）按基体材料类型分为：聚合物基复合材料；金属基复合材料；无机非金属基复合材料。 （始终有基字） 2）按增强材料分为：玻璃纤维复合材料；碳纤维复合材料；有机纤维复合材料；金属纤维复合材料；陶瓷纤维复合材料（始终有纤维二字） 3）按用途分为：功能复合材料和结构复合材料。（两种的区别） 结构复合材料主要用做承载力和此承载力结构，要求它质量轻、强度和刚度高，且能承受一定温度。功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。 3复合材料的基体：金属基---对于航天与航空领域的飞机、卫星、火箭等壳体和内部结构，要求材料的质量小、比强度和比模量高、尺寸稳定性好，选用镁、铝合金等轻金属合金做基体。对于高性能发动机，要求材料具有高比强度、高比模量、优良的耐高温性能，同时能在高温、氧化环境中正常工作，可以选择钛基镍基合金以及金属间化合物作为基体材料；对于汽车发动机，选用铝合金基体材料；对于电子集成电路，选用银铜铝等金属为基体。 轻金属基体—铝基、镁基，使用温度在450℃左右或以下使用，用于航天及汽车零部件。连续纤维增强金属基采用纯铝或单相铝合金，颗粒、晶须增强…采用高强度铝 合金。 钛基，使用温度在650℃（450-700），用作高性能航天发动机 镍基、铁基钴基及金属间化合物，使用温度在1200℃（1000℃以上），耐高温 4聚合物基体 一）简答题（各自优缺点） 聚合物基复合材料的聚合物基主要有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等热固性树脂。各自优缺点： 一、判断题 1、MMC具有比其基体金属或合金更高的比强度和比模量。（√） 2、原位复合MMC的增强材料/基体界面具有物理与化学稳定性。（√） 3、原位复合法制备MMC的基本思路是为了提高增强材料与基体之间的浸润性和减少界面反应。（√） 4、一般，颗粒及晶须增强MMC的疲劳强度及寿命比基体金属或合金高。（√） 5、陶瓷纤维增强MMC的抗蠕变性能高于基体金属或合金。（√） 6、陶瓷基复合材料的制备过程大多涉及温度，因此仅有可承受上述高温的增强材料才可被用于制备陶瓷基复合材料。（√） 7、Y2O3加入到ZTA（zirconia toughening alumina)中是为了促进相变形成单斜晶体。（×） /C是目前唯一可用于温度高达2800℃的高温复合材料，但必须是在非氧化8、C f 性气氛下。（√） 9、基体与增强体的界面在高温使用过程中不发生变化。（×） 10、比强度和比模量是材料的强度和模量与其密度之比。（√） 11、浸润性是基体与增强体间粘结的必要条件，但非充分条件。（√） 12、界面间粘结过强的复合材料易发生脆性断裂。（√） 13、脱粘是指纤维与基体完全发生分离的现象。（×） 14、纤维长度l＜lc时，纤维上的拉应力达不到纤维的断裂应力。（√） 二、选择题 1、金属基复合材料通常（BD） A、以重金属做基体 B、延性比金属差 C、弹性模量比基体低 D、较基体具有更高的高温强度 2、材料的比模量和比强度越高（A） A、制作同一零件时自重越小，刚度越大 B、制作同一零件时自重越大，刚度越大 C、制作同一零件时自重越小，刚度越小 D、制作同一零件时自重越大，刚度越小 3、偶联剂是这样一种试剂（AC） A、它既能与纤维反应，又能与基体反应 B、它能与纤维反应，但不能与基体反应，也不与基体相容 C、它能与纤维反应，不与基体反应，但与基体相容 D、它不与纤维反应，但与基体反应或相容 4、通常MMC（metal matrix composite)(BC) A、采用高熔点、重金属作为基体 B、要比基体金属或合金的塑性与韧性差 C、要比基体金属或合金的工作温度高 D、要比基体金属或合金的弹性模量低 5、原位MMC（BD） 一、判断题 1.比强度和比模量是材料的强度和模量与其密度之比√ 2.混杂复合总是指两种以上的纤维增强体× 3.陶瓷复合材料中,连续纤维的增韧效果远高于颗粒的增韧效果√ 4.层板复合材料主要是指由颗粒增强的复合材料× 5.复合材料具有可设计性√ 6.分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大× 7.原位复合MMC的增强材料/基体界面具有物理和化学稳定性√ 8.一般颗粒及晶须增强MMC的疲劳强度及寿命比基体金属/合金高√ 9.基体与增强体的界面在高温使用过程中不发生变化× 10.复合材料是由两个组元以上的材料化合而成× 11.界面粘结过强的复合材料容易发生脆性断裂√ 12.混合法则可用于任何复合材料的性能估算× 13.纤维长度l 17.所有天然纤维是有机纤维,所有的合成纤维是无机纤维× 18.基体与增强体间界面的模量比增强体和基体高,则复合材料的弹性模量也越高× 二、选择题 1.短纤维复合材料广泛应用的主要原因是(C:短纤维复合材料总是各相同性) 2.金属基复合材料的温度范围为(B:350℃~1100℃) 3.玻璃钢是(B:玻璃增强纤维塑料) 4.功能复合材料(A:是指由功能体和基体的组成的复合材料) 5.材料的比强度和比模量越高(B:制作同一零件时自重越大,刚度越大) 6.金属基复合材料通常(D:较基体具有更高的高温强度) 7.复合材料界面的作用(B:将整体承受的载荷由基体传送到增强体) 8.增强材料与基体的作用是(D:基体起粘结作用并起传递应力和增韧作用) 9.混合定律(A:表示复合材料性能随组元材料体积含量呈线性关系) 10.通常MMC(B:要比基体金属/合金的塑性和韧性差) 11.混杂复合材料(B:是具有混杂纤维或颗粒增强的复合材料) 12.浸润性(A:当yc+ys 复合材料复习题 ●复合材料的概念：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上 的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、三维结合且各相之间有 明显界面的、具有特殊性能的材料。复合材料的特点（树脂基，金属基， 金属基设计，代号） (1)复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微 观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明显的界面。(2)复合材料 中各组元不但保持各自的固有特性而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良持殊性能。(3)复合材料具有可 设计性。●影响复合材料的因素： 复合材料中增强体与基体界面的性能界面的好坏将直接影响到复合材 料的综合性能。复合材料的结构及成型技术基体的性能增强材料的性能树 脂基（RMC）：1.比强度和比模量高2.良好的抗疲劳性能3.减振性能好4.过载安全性好5、具有多种功能性6、有很好的加工工艺性7.各向异性和 性能可设计性8.材料与结构的统一性缺点：1、耐高温稳定性和老化性差； 2、层间剪切强度低； 3、材料强调的一致性不足； 4、高性能复合材料的 价格较高，主要用于尖端领域或奢侈品。金属基（MMC）：1、比强度和比 模量高见教材图1-1（P5）2、良好的导热、导电性3、热膨胀系数小、尺 寸稳定性高4、高温性能和耐磨性能优5、不吸潮、老化性能好缺点：成 型加工困难，质量较重 复合材料分类（基体，增强材料） 增强按照纤维的类型，纤维增强复合材料分：①玻璃纤维复合材料； ②碳纤维复合材料③有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚 烯烃纤维等）复合材料；④金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料； ⑤陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等）复合材料。 ①结构复合材料；结构复合材料主要是作为承力结构使用的复合材料，主要用于制造受力构件；它基本上是由能承受载荷的增强体组元与能联接 增强体成为整体承载同时又起分配与传递载荷作用的基体组元构成。结构 复合材料又可按基体材料类型和增强体材料类型来分类②功能复合材料按基体类型分类聚合物基复合材料按增强体类型分类叠层式复合材料 金属基复合材料片材增强复合材陶瓷基复合材料颗粒增强复合材料水泥基 复合材料纤维增强复合材料碳基复合材料 先进复合材料定义及发展：先进复合材料是比原有的通用复合材料有 更高性能的复合材料。包括用各种高性能增强剂(纤维等)与耐温性好的热 固性和热塑性树脂基体所构成的高性能树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料、碳基复合材料。包括使用其力学性能 的结构复合材料和使用热、电、磁、光、核、生物及其他性能的功能复合 材料 强度：材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力塑性：材料在 外力作用下产生永久变形而不破坏的性能硬度：材料抵抗更硬的物体压入 其内的能力。 冲击韧度：金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力。疲劳强度：金属材料抵抗交变载荷的作用而不破坏的能力。金属材料物理性能：常温 下金属大都是固体（汞除外），有金属光泽，大多数金属都是电和热的良 导体（导电导热性），有延展性（可以拉成细丝，可以展成薄片），有韧性，所有的性质都可以用金属键理（金属原子和自由电子）进行解释。 1、人类发展史与材料史 人类为了谋求生存和发展，企求用理想材料制成新工具的愿望总是随着历史的发展不断探索不断前进。因此，人类发展的历史就和材料的发展的历史息息相关。研究人类历史的人们都可以清楚地知道，人类历史上各方面的进步是与新材料的发现、制造和应用分不开的。 2.历史学家对材料史的划分 石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代。 其后人类又发明了高分子材料、先进复合材料和智能材料。 3.科学中的复合材料 a.复合是自然界的基本规律b.复合是科学的基本思想c. 材料的复合化是材料发展的基本趋势 4.复合材料的概念 复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。 5.复合材料的分类 1.复合材料按其组成分为：金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。 2.按其结构特点又分为：纤维复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、混杂复合材料。 3.复合材料按基体材料分类：树脂基，分为热固性和热塑性；金属基；陶瓷基，分为炭基、玻璃基和水泥基。 4.复合材料按功能分类：结构复合材料和功能复合材料 6.复合材料的性能特点 优点：a .比强度和比模量高b.良好的抗疲劳性能。c .减振性能好 d.高温性能好 e.各向异性和性能可设计性 f.材料与结构的统一性 g.其他特点，过载时安全性好、具有多种功能性、有很好的加工工艺性 缺点：稳定性稍差，耐温和老化性差，层间剪切强度低等 7.几种新型复合材料的概念 热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料。 压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。 隐身材料是一种新近出现的具有隐蔽自己的功效的材料,隐身材料可以降低被探测率，提高自身的生存率，是隐身技术的重要组成部分。按频谱可分为声、雷达、红 外、可见光、激光隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料 光致变色材料，是指受到光源激发后能够发生颜色变化的一类材料。 吸声材料，是具有较强的吸收声能、减低噪声性能的材料。借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用的材料，超声学检查设备的元件之一 智能材料，是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。 机敏材料能检知环境变化，并通过改变自身一个或多个性能参数对环境变化作出响应，使之与变化后的环境相适应的材料 8.复合材料的发展史 复合材料的几个发展阶段：天然复合材料、传统复合材料、通用复合材料、先进复合材料9.先进复合材料 60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料 复合材料导论习题集 一、通过本课程的学习，你想从事哪个领域的复合材料的研究？你的研究 思路是什么？试写出研究的方案和计划，及其可行性和前沿性。 答案：航空领域碳纤维复合材料 龍着航仝航犬科李技术的十断诳玄S 促逐了新科旳隹速合屣”垂中尤以先班至令科科旳没屣區为奂出.目前主些捋育孜耳迪空和橈呈的砌軒”隹、磁妾F雄七开经咎MS渥旳冥呑材洋牡耐启血的歼绝埠&逅如盍些宴 &村餐—I定乌區G村将匚梯75E功I能基&林科存. 飞机不U卫工刚1£科*4鞅护应旦?左、遍ME两、耐丙诅“耐脸0・运牡册却旳乐你命H* 新*T科址用才有隹血举决" 豆合申才梅貝令-顾号:羟. 牧匠档勺比应氏巫、I4S 傑壬较#班应性，抗1»號\导热*瞒瑟、隔秤*淞振七耐围怦泌°型11時白勺耐雄他性■班电舐旄殴涯H* 磁性"林科■性合是白勺E■眾汁性，带11备的灵潸佳干II易出口11 性誉時点创iSp机〜火奋、妙tk 乜打密寻千事共 甜旳百科包 二、常见的复合材料的种类？（至少回答4种） 1、功能复合材料 2、陶瓷基复合材料 3、金属基复合材料 4、聚合物基纳米复合材料、 5、碳碳复合材料 6、仿生基复合材料， 7、水泥基复合材料 三、复合材料的特点: 1、复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的； 2、复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有某些复合材料形态特征的天然物质） 3、组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有的物理和化学性质（区别于化合物和合金）； 4、复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。复合材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个组分材料性能所不及或不同的； 5、复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料。 四、复合材料性能的决定因素有哪些? 复合材料的性能取决于组分材料的种类、性能、含量和分布。主要包括：增强体的性能和它的表面物理、化学状态；基体的结构和性能；增强体的配置、分布和体积含量。 复合材料的性能还取决于复合材料的制造工艺条件、复合方法、零件几何形状和使用环境条件。 复合材料C 复习 第一章概论 1. 复合材料的定义？ 复合材料是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。 三要素：基体（连续相）增强体（分散相）界面（基体起粘结作用并起传递应力和增韧作用） 复合材料的特点：（明显界面、保留各组分固有物化特性、复合效应，可设计性） （嵌段聚合物、接枝共聚物、合金：是不是复合材料？？） 2、复合材料的命名 f（纤维），w（晶须），p（颗粒）比如：TiO2p/Al 3. 复合材料的分类： 1) 按基体材料类型分为： 聚合物基复合材料；金属基复合材料；无机非金属基复合材料(陶瓷基复合材料)。 2)按增强材料分为： 玻璃纤维增强复合材料；碳纤维增强复合材料；有机纤维增强复合材料；晶须增强复合材料；陶瓷颗粒增强复合材料。 3) 按用途分为：功能复合材料和结构复合材料。 结构复合材料主要用做承载力和此承载力结构，要求它质量轻、强度和刚度高， 且能承受一定温度。 功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。 第二章增强体 1、增强体 定义：结合在基体内、用以改进其力学等综合性能的高强度材料。 要求：1) 增强体能明显提高基体某种所需性能；2) 增强体具有良好的化学稳定性；3) 与基体有良好润湿性。 分类：f，w，p 2、纤维类增强体 特点：长径比较大；柔曲性；高强度。 ❖玻璃纤维 主要成分：SiO2 性能：拉伸强度高；较强耐腐蚀；绝热性能好。（玻璃纤维高强的原因（微裂纹）及影响因素（强度提升策略：减小直径、减少长度、降低含碱量，缩短存储时间、降低湿度等）） 分类：无碱（E玻璃）、有碱（A玻璃） 制备：坩埚法（制球和拉丝）、池窑法（熔融拉丝）。 浸润剂作用：(i) 粘结作用，使单丝集束成原纱或丝束；(ii) 防止纤维表面聚集静电荷；(iii)进一步加工提供所需性能；(iv) 防止摩擦、划伤。（无偶联剂作用）玻璃纤维表征：(i) 定长法：“tex”（含义）；(ii) 质量法：“支”（含义） 复合材料复习题库 9. The transverse tensile strength of an aligned continuous fibre composite (A) is obtained when testing normal to(垂直于) the fibre axis, (B) is obtained when testing parallel to（平行于）the fibre axis, (C) is the lowest tensile stength, (D) is the highest tensile strength, (E) depends mainly on the properties of the matrix and of the fibre- matrix interface, (G) depends mainly on the properties of the fibres. Each of the sentences in questions 11 to 14 consists of an assertion followed by a reason. Answer: (A) if both assertion and reason are true statements and the reason is a correct explanation of the assertion, (B) if both assertion and reason are true statements but the reason is not a true explanation of the assertion, (C) if the assertion is true but the reason is a false statement, (D) if the assertion is false but the reason is a true statement, (E) if both the assertion and reason are false statements. 11. The coefficient of thermal expansion of an MMC with a ceramic reinforcement is less than that of the matrix because the coefficient of thermal expansion of a ceramic is usually less than that of a metal. 12. Generally reinforcing a metal degrades both ductility and toughness because there is an increase in Young's modulus. 13. Unfortunately reinforcement of a metal markedly reduces the fatigue resistance because cracks are readily formed within the reinforcement. 14. The specific strength and modulus of a silicon carbide particle(碳化硅粒子) reinforced aluminium alloy are superior to those of the matrix because silicon carbide is more dense than the common aluminium alloys. 9. A,C,E; 11. A; 12. B; 13. E; 14. B; 9.Reinforcing alumina with SiC whiskers ABE (A) enhances the thermal shock resistance, (B) lowers the coefficient of thermal expansion, (C) decreases the thermal conductivity, (D) increases the density (E) improves the toughness.. 10.The room temperature tensile stress-strain curves in Figure 4.35 are for LAS-SiC fibre composites. The break-down of linearity in the curves at the point marked M is due to C （A）plastic deformation associated with dislocation motion, (B)fracture of the fibres, (C)matrix microcracking, (D)viscous flow of a glassy phase, (E)fibre pull-out. 复合材料 第一章 1、材料科技工作者的工作主要体现在哪些方面？（简答题） ①发现新的物质，测试新物质的结构和性能； ②由已知的物质，通过新的制备工艺，改善其微观结构，改善材料的性能； ③由已知的物质进行复合，制备出具有优良特性的复合材料。 2、复合材料的定义（名词解释） 复合材料是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。 3、复合材料的分类（填空题） ⑴按基体材料分类 ①聚合物基复合材料； ②金属基复合材料； ③无机非金属基复合材料。 ⑵按不同增强材料形式分类 ①纤维增强复合材料： ②颗粒增强复合材料； ③片材增强复合材料； ④叠层复合材料。 4、复合材料的结构设计层次（简答题） ⑴一次结构：是指由基体和增强材料复合而成的单层复合材料，其力学性能取决于组分材料的力学性能，各相材料的形态、分布和含量及界面的性能； ⑵二次结构：是指由单层材料层合而成的层合体，其力学性能取决于单层材料的力学性能和铺层几何（各单层的厚度、铺设方向、铺层序列）； ⑶三次结构：是指工程结构或产品结构，其力学性能取决于层合体的力学性能和结构几何。 5、复合材料设计分为三个层次：（填空题） ①单层材料设计； ②铺层设计； ③结构设计。 第二章 1、复合材料界面对其性能起很大影响，界面的机能可归纳为哪几种效应？（简答题） ①传递效应： 基体可通过界面将外力传递给增强物，起到基体与增强体之间的桥梁作用。 ②阻断效应： 适当的界面有阻止裂纹的扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。 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。 ④散热和吸收效应： 光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收。 ⑤诱导效应： 复合材料中的一种组元的表面结构使另一种与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生变化。 2、对于聚合物基复合材料，其界面的形成是在材料的成型过程中，可分为两个阶段（填空题） ①基体与增强体的接触与浸润； ②聚合物的固化。 3、界面作用机理 界面作用机理是指界面发挥作用的微观机理。 ⑴界面浸润性理论： 该理论认为，填充剂被液态树脂良好浸润是非常重要的。 ⑵化学键理论： 该理论认为，化学键能实现两相之间的有效结合。 ⑶物理吸附理论： 该理论认为，增强体与基体之间结合属于机械咬合和基于次价键的物理吸附。 ⑷过渡层理论： 该理论认为，基体和增强体之间的界面区存在一个起着应力松弛作用的过渡层。 ⑸拘束层理论： 该理论认为，界面区的弹性模量介于基体与增强体之间时，则可很均匀地传递应力。 ⑹扩散理论： 该理论认为，该理论认为，聚合物的相互黏结是由表面上的大分子相互扩散形成的。 ⑺减弱界面局部应力作用理论： 该理论认为，基体与增强体之间的处理剂提供了一种具有“自愈能力”的化学键。 4、金属基复合材料界面结合方式（填空题） 化学结合、物理结合、扩散结合、机械结合 山大复合材料结构与性能复习题参考答案 1、简述构成复合材料的元素及其作用 复合材料由两种以上组分以及他们之间的界面组成。即构成复合材料的元素包括基体相、增强相、界面相。 基体相作用：具有支撑和保护增强相的作用。在复合材料受外加载荷时，基体相 一剪切变形的方式起向增强相分配和传递载荷的作用，提高塑性变形能力。 增强相作用：能够强化基体相的材料称为增强体，增强体在复合材料中是分散相， 在复合材料承受外加载荷时增强相主要起到承载载荷的作用。 界面相作用：界面相是使基体相和增强相彼此相连的过渡层。界面相具有一定厚 度，在化学成分和力学性质上与基体相和增强相有明显区别。在复合材料受外加载荷时能够起到传递载荷的作用。 2、简述复合材料的基本特点 (1) 复合材料的性能具有可设计性 材料性能的可设计性是指通过改变材料的组分、结构、工艺方法和工艺参数来调节材料的性能。显然，复合材料中包含了诸多影响最终性能、可调节的因素，赋予了复合材料的性能可设计性以极大的自由度。 (2) 材料与构件制造的一致性 制造复合材料与制造构件往往是同步的，即复合材料与复合材料构架同时成型，在采用某种方法把增强体掺入基体成型复合材料的同时，通常也就形成了复合材料的构件。(3) 叠加效应 叠加效应指的是依靠增强体与基体性能的叠加，使复合材料获得一种新的、独特而又优于个单元组分的性能，以实现预期的性能指标。 (4) 复合材料的不足 复合材料的增强体和基体可供选择地范围有限；制备工艺复杂，性能存在波动、离散性；复合材料制品成本较高。 3、说明增强体在结构复合材料中的作用 能够强化基体的材料称为增强体。增强体在复合材料中是分散相。复合材料中的增强体，按几何形状可分为颗粒状、纤维状、薄片状和由纤维编制的三维立体结构。暗属性可 分为有机增强体和无机增强体。复合材料中最主要的增强体是纤维状的。对于结构复合材料，纤维的主要作用是承载，纤维承受载荷的比例远大于基体；对于多功能复合材料，纤 维的主要作用是吸波、隐身、防热、耐磨、耐腐蚀和抗震等其中一种或多种，同时为材料 提供基本的结构性能；对于结构陶瓷复合材料，纤维的主要作用是增加韧性。 4、说明纤维增强复合材料为何有最小纤维含量和最大纤维含量 在复合材料中, 纤维体积含量是一个很重要的参数。纤维强度高，基体韧性好，若加 入少量纤维，不仅起不到强化作用反而弱化，因为纤维在基体内相当于裂纹。所以存在最 小纤维含量，即临界纤维含量。若纤维含量小于临界纤维量，则在受外载荷作用时，纤维 首先断裂，同时基体会承受载荷，产生较大变形，是否断裂取决于基体强度。纤维量增加，强度下降。当纤维量大于临界纤维量时，纤维主要承受载荷。纤维量增加强度增加。总之，含量过低,不能充分发挥复合材料中增强材料的作用；含量过高,由于纤维和基体间不能形 成一定厚度的界面过渡层, 无法承担基体对纤维的力传递, 也不利于复合材料抗拉强度的 提高。 5、如何设才计复合材料 材料设计是指根据对材料性能的要求而进行的材料获得方法与工程途径的规划。复合 材料设计是通过改变原材料体系、比例、配置和复合工艺类型及参数，来改变复合材料的 性能，特别是是器有各向异性，从而适应在不同位置、不同方位和不同环境条件下的使用 要求。复合材料的可设计性赋予了结构设计者更大的自由度，从而有可能设计出能够充分 发掘与应用材料潜力的优化结构。复合材料制品的设计与研制步骤可以归纳如下： 1) 通 过论证明确对于材料的使用性能要求，确定设计目标 2) 选择材料体系（增强体、基体） 3) 确定组分比例、几何形态及增强体的配置 4) 确定制备工艺方法及工艺参数 5) 以上主要为设计步骤，在完成复合材料设计方案后，应结合市场供应情 况和研制单位的已有条件，采购原材料，购置或改造工艺设备，完成制造工艺条件准 备 6) 测试所制得样品的实际性能，检验是否达到使用性能要求和设计目标 7) 在总结 设置经验与成果的基础上，调整设计方案，组织制品生产 6、如何改善复合材料界面相容问题(完整版)复合材料期末复习
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