材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)復(fù)習(xí)知識點

1、材料復(fù)習(xí)知識點第二章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)粘接性-och£ hch2OH耐腐詼性z 耐站性懇解性枯接性基本結(jié)合：離子鍵、金屬鍵、共價鍵化學(xué)鍵合ClhO HaCHCH2J2耐赭性及劇性粘接性啓 ，RtRtt性+原子中電子的空間位置和能量1電子的統(tǒng)計形態(tài)法描述四個量子數(shù)n,第一量子數(shù)：決定體系的能量n = 1,2, 3,（整數(shù)），n=1時為最低能級K, L, M,l, 第二量子數(shù)：決定體系角動量和電子幾率分布的空間對稱性，I = 0，l = 0 ，1 (s, p)I = 0, 1,2, 3, 4 （n-1）n = 1s p d f g狀態(tài)n = 2m,第三量子數(shù)：決定體系角動量在磁場方向的分量mi

2、 = 0，_1，_2，J3有（2I+1 ）個m,第四量子數(shù)：決定電子自旋的方向+I/2, -1/2 2、電子分布遵從的基本原理：（1 ）泡利不相容原理：在一個原子中不可能有運動狀態(tài)完全相同的兩個電子，即同一原子 中，最多只能有兩個電子處于同樣能量狀態(tài)的軌道上，且自旋方向必定相反。n=1時最多容納2個電子n=2時最多容納8個電子主量子數(shù)為n的殼層中最多容納 2n2個電子。（2 ）能量最低原理：原子核外的電子是按能級高低而分層分布，在同一電子層中電子的能 級依s、p、d、f的次序增大。（3）洪特規(guī)則：簡并軌道（相同能量的軌道）上分布的電子盡可能分占不同的軌道，且自 旋方向相同。請寫出Fe和Cu原子

3、的外層電子排布Fe:(26)1s 2s 2p 3s 3p 3d 4sCu:(29)1s2 2s2 2p6 3s 2 3p6 3d 10 4s 1結(jié)合方式派生結(jié)合：分子間作用力、氫鍵 物理鍵合基本結(jié)合：1. 離子鍵合 離子鍵：原子核釋放最外層電子變成的正離子與接收其放出電子而變成的負(fù)離子相互之間的 吸引作用（庫侖引力）所形成的一種結(jié)合。典型的離子化合物有NaCl、 MgCl2 等。特點： 電子束縛在離子中； 正負(fù)離子吸引，達(dá)到靜電平衡，電場引力無方向性和飽和性 產(chǎn)生密堆積，取決于正負(fù)離子的電荷數(shù)和正負(fù)離子的相對大小。 構(gòu)成三維整體 - 晶體結(jié)構(gòu)； 在溶液中離解成離子。2. 共價鍵合 共價鍵：兩個

4、原子共享最外層電子的鍵合。典型的例子有H2、O2、F2、SiC 等。特點： 兩個原子共享最外層電子對； 兩原子相應(yīng)軌道上的電子各有一個，自旋方向必須相反； 有飽和性和方向性，電子云最大重疊，一共價鍵僅兩個電子。3. 金屬鍵合金屬鍵： 金屬原子通過游離電子用庫侖引力將原子結(jié)合到一起的鍵合。 即各原子都貢獻(xiàn)出其 價電子而變成外層為八電子的金屬正離子，所貢獻(xiàn)出來的價電子為所有金屬原子（正離子） 所共用，金屬晶體的結(jié)合力就是價電子集體（自由電子氣）與金屬正離子間的靜電引力。特點： 由正離子排列成有序晶格； 各原子最外層電子釋放，在晶格中隨機(jī)、自由、無規(guī)則運動，無方向性； 原子最外層有空軌道或未配對電子

5、，既容易得到電子，又容易失去電子； 價電子不是緊密結(jié)合在離子芯上，鍵能低，具有范性形變4. 混合鍵合在某些化合物中， 存在著既有離子鍵合又有共價鍵合， 即介于離子鍵和共價鍵之間的混合鍵。 如氯化氫。電負(fù)性：元素的原子在化合物中把電子引向自己的能力， （表示吸引電子的能力） 同一周期 左 右 電負(fù)性增高 同一族 上 下 電負(fù)性降低電負(fù)性對化學(xué)鍵的影響 : 同種原子間無影響 異種原子相互作用時 :兩元素電負(fù)性相差較大 : 非金屬 非金屬 成極性共價鍵 電負(fù)性相差很大 : 金屬 非金屬 成離子鍵 派生結(jié)合物理鍵合的作用力也是庫侖引力， 但在鍵合過程中不存在電子的交換， 是電子在其原子或分 子中的分布

6、受到外界條件的影響產(chǎn)生分布不均勻而引起原子或分子的極性結(jié)合。物理鍵合的大小直接影響物質(zhì)的許多物理性質(zhì)，如熔點、沸點、溶解度、表面吸附等。 包括分子間作用力、氫鍵等。1、分子間作用力分子（或電中性原子）間的結(jié)合力，又稱范氏力。 特點：無方向性和飽和性；鍵能最小。按原因和特性可分為：取向力；誘導(dǎo)力；色散力 分子間作用力A. 取向力：極性分子永久偶極間靜電相互作用 與分子偶極矩的平方成正比，即分子極性越大，取向力越大。 與絕對溫度成反比，即溫度越高，取向力越弱。與分子間距離的 6 次方成反比，即隨分子間距離增大，取向力迅速遞減。B. 誘導(dǎo)力：被誘導(dǎo)的偶極與永久偶極間作用 存在于極性分子與非極性分子之

7、間和極性分子與極性分子之間。 與極性分子偶極矩的平方成正比。與被誘導(dǎo)分子的變形性成正比。與分子間距離的 6 次方成反比，即隨分子間距離增大，誘導(dǎo)力迅速遞減。 與溫度無關(guān)。C. 色散力：電中性原子與非極性分子的瞬時偶極間的作用 存在于一切極性的與非極性的分子中。具有加和性和普遍性。 與相互作用分子的變形性成正比。與相互作用分子的電離勢成反比。 與分子間距離的 6 次方成反比。與溫度無關(guān)。2、氫鍵強(qiáng)電負(fù)性原子 Y （質(zhì)后兩者屬于物理質(zhì)子給予體（如 H）與強(qiáng)電負(fù)性原子 X （如 O N、F、Cl）結(jié)合再與另 子接受體）形成鍵的鍵合方式。特點a. 有方向性，飽和性。b. 分為分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵兩種

8、。c. 鍵能一般為幾到十幾千卡 /摩。 形成氫鍵必須滿足的條件（1）分子中必須含氫（2）另一個元素必須是電負(fù)性很強(qiáng)的非金屬元素 （F、 O、 N）。 各種鍵型的比較 一般說來，化學(xué)鍵（離子，共價，金屬）最強(qiáng)，氫鍵次之，分子鍵最弱。鍵）原子的空間排列與配位數(shù) 影響原子配位數(shù)的因素： 共價鍵數(shù)圍繞一個原子的共價鍵數(shù)取決于原子的價電子數(shù)目。 有效堆積主要出現(xiàn)在離子鍵合和金屬鍵合的情況下2-4 多原子體系電子的相互作用和穩(wěn)定性 雜化軌道和分子軌道理論A、雜化軌道理論 雜化：在一個原子中不同原子軌道的線性組合稱為原子軌道的雜化。 雜化軌道：雜化后的原子軌道。雜化軌道理論：原子在化合中，受其他原子的作用，

9、原來的狀態(tài)發(fā)生改變， 從而使能量相似、軌道類型不同的原子軌道重新組合成新的雜化軌道，在組合過程中，軌道的數(shù)目不變，軌道在空間的分布方向和分布情況發(fā)生改變，軌道的能量狀態(tài)也改變。雜化的本質(zhì)：量子力學(xué)態(tài)疊加原理，一種數(shù)學(xué)方法，而不是物理過程。 雜化：能級相近的單中心原子軌道的線形組合。雜化的目的：更有利于成鍵。雜化的動力：受周圍原子的影響。雜化的規(guī)律：軌道數(shù)目守恒，空間取向改變；雜化軌道能與周圍原子形成更強(qiáng)的6鍵，或安排孤對電子，而不會以空的雜化軌道存在。等性雜化軌道和不等性雜化軌道：雜化軌道中，參與雜化的s、p、d等成分相等，稱為等性雜化軌道；如果不相等，稱為不等性雜化軌道。B分子軌道理論（1

10、）分子中每個電子是在由各個原子核和其余電子組成的勢場中運動，它的運動狀態(tài)可用 分子軌道 '描述。（2 ）分子軌道可近似地用能量相似的原子軌道組合得到。原子軌道通過線性組合成分子 軌道時，軌道數(shù)不變，軌道能量改變。（3）分子中的電子根據(jù)泡利不相容原理、能量最低原理和洪特規(guī)則增填在分子軌道上。組合成分子軌道的條件1）能量相近2）軌道最大重疊3）對稱性匹配能量低于原子軌道-成鍵軌道能量高于原子軌道-反鍵軌道能量等于原子軌道-非鍵軌道_1、6軌道和6鍵-“頭碰頭”相對于分子中鍵軸呈圓柱形對稱的分子軌道稱為6軌道。由兩個相同或不相同的原子軌道沿軌道對稱軸方向相互重疊而形成的共價鍵，叫做6鍵。6鍵

11、是原子軌道沿軸方向重疊而形成的，具有較大的重疊程度，因此6鍵比較穩(wěn)定。6鍵能圍繞對稱軸旋轉(zhuǎn)，而不影響鍵的強(qiáng)度以及鍵跟鍵之間的角度（鍵角）。2、二軌道和二鍵-“肩并肩”成鍵原子的未雜化 p軌道，通過平行、側(cè)面重疊而形成的共價鍵，叫做n鍵。n鍵是由兩個p軌道從側(cè)面重疊而形成的， 重疊程度比6鍵小，所以n鍵不如6鍵穩(wěn)定。 當(dāng)形成n鍵的兩個原子以核間軸為軸作相對旋轉(zhuǎn)時，會減少p軌道的重疊程度，最后導(dǎo)致n鍵的斷裂。3、S軌道和S鍵-“面對面”具有兩個通過分子軸對稱節(jié)面的分子軌道稱為S軌道。凡是一個原子的d軌道與另一個原子相匹配的 d軌道（例如dxy與dxy）以“面對面”的方式 重疊（通過鍵軸有兩個節(jié)面）

12、，所成的鍵就稱為 S鍵。S軌道不能由s或p原子軌道組成。費米能級費米能級是金屬在絕對零度時電子的最高填充能級。金屬內(nèi)的電子因泡利不相容原理故而不能每一個電子都在最低的能級，因此便一個一個依序往高能級填直到最后一個填進(jìn)的那個能級即所謂費米能級。T=OK（基態(tài)）時，最高的被電子充滿的能級能量為Ef, Ef以下能級全滿，以上能級全空。T>OK時，某些電子受到激發(fā)，移到費米能級以上的能級，達(dá)到平衡的分布。Ef-體積不變的條件下，系統(tǒng)增加一個電子所需的自由能分布函數(shù)：電子氣體中電子處在能量為E的狀態(tài)的幾率是溫度 T的函數(shù)。1、 T=0, EV Ef: f（E）=1; E > Ef： f（E）

13、=O2、 TM0, E=Ef： f（E）=1/2填充幾率為一半3、Tm 0（很低）,EV Ef：1/2 V f（E） V 1E > 曰：0 V f（E） V 1/2固體中的能帶能級分裂：n個同種原子接近時，相同的原子能級分裂成n個能量不同的能級（分子軌道）。能帶：由許多聚集在一起的原子的許多分子軌道組成的近乎連續(xù)的能級帶。帶寬：能帶中最高能級與最低能級的能量差。其與原子數(shù)目無關(guān)，僅取決于原子間距，間距小，帶寬大。價帶：價電子能級展寬成的能帶。（可滿可不滿）滿帶：添滿電子的價帶?？諑В簝r電子能級以上的空能級展寬成的能帶。導(dǎo)帶：0K時最低的可接受被激發(fā)電子的空帶。禁帶：兩分離能帶間的能量間隔

14、，又稱為能隙（AEg）能帶理論是研究固體中電子運動規(guī)律的一種近似理論。固體由原子組成，原子又包括原子實和最外層電子，它們均處于不斷的運動狀態(tài)中。為使問題簡化，首先假定固體中的原子實固定不動，并按一定規(guī)律作周期性排列，然后進(jìn)一步認(rèn)為每個電子都是在固定的原子實周期勢 場及其他電子的平均勢場中運動，這就把整個問題簡化成單電子問題。能帶理論就屬這種單電子近似理論能帶理論的應(yīng)用-導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體導(dǎo)體：固體中的價電子濃度比較低，沒有填滿價帶。如鋰。價帶和導(dǎo)帶交疊，沒有能隙。如鈹。Li 1s22s1 （2s沒有填滿）2 2Be 1s2s （2s 和 2p 交疊）在外加電場下可以改變價電子的能量和速度分布

15、，從而形成定向電流。絕緣體：價帶與導(dǎo)帶間存在較大的能隙，而價帶又被電子填滿。惰性氣體：各能級均滿，結(jié)合成晶體時能帶也為電子填滿；離子晶體：正負(fù)離子各外層軌道被電子充滿，晶體中相應(yīng)能帶填滿； 在外加電場下不能改變價電子的能量和速度分布，從而不能形成定向電流。半導(dǎo)體：能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體類似，即價帶被電子填滿，價帶與導(dǎo)帶間有一定的能隙AEg,但能隙Eg比較小。本征半導(dǎo)體-禁帶寬度較小，一般條件下具有一定導(dǎo)電能力 導(dǎo)電性a.激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子有關(guān)b. 與滿帶的空穴有關(guān)（空穴-電子對）雜質(zhì)半導(dǎo)體-禁帶寬度很小，需摻雜其它元素電子型導(dǎo)電-n型半導(dǎo)體（高價雜質(zhì)元素）雜質(zhì) 導(dǎo)帶空穴型導(dǎo)電-p型半導(dǎo)體（低價雜質(zhì)元

16、素）價帶 雜質(zhì)2-5固體中的原子有序結(jié)晶與晶體1結(jié)晶特性? 晶體：原子（團(tuán)）沿三維空間呈周期性長程有序排列的固體物質(zhì)（金屬、大多陶瓷及一些聚合物）。? 非晶體：原子（團(tuán)）無周期性長程有序排列的物質(zhì) （包括氣體、液體和部分固體 ）。 ? 結(jié)晶：形成晶體的過程。晶體的性質(zhì)-具有確定的熔點-能自發(fā)形成規(guī)則的多面體外形-穩(wěn)定性（晶體的化學(xué)成分處于熱力學(xué)的能量最低狀態(tài)）-各向異性（不同的方向具有不同的物理性質(zhì)）-均勻性（晶體各部分的宏觀性質(zhì)相同）晶體是一種均勻而各向異性的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性固體1晶體的對稱元素對稱：相同部分有規(guī)律的重復(fù)。生長良好的晶體外形常呈某些對稱性。晶體外形的宏觀對稱性是其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)微觀對

17、稱性的表現(xiàn)。a、對稱中心（點）反演（倒反）操作一個圖形繞著某一點旋轉(zhuǎn) 180度后與另一個圖形重合b、 n重旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)操作可旋 360 /n n（軸次）：僅 1, 2, 3, 4, 6c、 鏡面反映操作d、 n重反軸旋轉(zhuǎn)反演操作（旋轉(zhuǎn)與反演的復(fù)合）軸次同旋轉(zhuǎn)軸e、 平移對稱一一點陣一一平移操作（平移軸） 連接圖形中任何兩點的矢量進(jìn)行平移，圖形能復(fù)原。f、 n重螺旋軸旋轉(zhuǎn)平移操作（旋轉(zhuǎn)與平移的復(fù)合）滑移量受點陣限制，軸次同旋轉(zhuǎn)軸。g、滑移面 平（滑）移反映操作（反映與平移的復(fù)合）滑移量受點陣限制2、點陣? 點陣：晶體結(jié)構(gòu)的微觀特征。? 某種結(jié)構(gòu)單元（基元）在三維空間作周期性規(guī)則排列。? 基元：原子

18、、分子、離子或原子團(tuán)（組成、位形、取向均同）3、晶胞、晶系和空間點陣型式晶胞：代表晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本重復(fù)單位。晶胞一定是一個平行六面體，但三條邊的長度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的基本要素：A.大小和形狀B.各原子坐標(biāo)位置晶軸上晶胞三個邊的長度a ,b,c和其夾角，打稱為晶格常數(shù)（Latticeparameters）。晶軸上晶胞三個邊的長度a ,b,c和其夾角，打稱為晶格常數(shù)（Latticeparameters）。晶胞中原子的坐標(biāo)可由原點指向原子的向量表示：r = xa + yb + zc x，y， z叩，稱為分?jǐn)?shù)坐標(biāo)4、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)A、晶胞定位-采用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)? 原點（0, 0,

19、0）,晶胞內(nèi)離原點最遠(yuǎn)的頂角點（1, 1, 1），即位置為（1a, 1b, 1c）? 定位系數(shù)以晶胞的尺度來表示，點的位置用（x, y, z）表示（點在晶胞內(nèi)，無符號，分?jǐn)?shù)）B晶向指數(shù)晶向：原點出發(fā)通過某點的射線（或通過若干結(jié)點的直線方向）。如111方向一（0,0,0）（1/2,1/2,1/2） （2,2,2）晶向指數(shù)：晶胞各軸上投影的最低整數(shù)（可以是負(fù)值）。u v w表示晶向，其中u v w即晶向指數(shù)。一個晶向代表了一系列相互平行的陣點構(gòu)成的直線。晶體中同一晶向的陣點直線系列稱為晶列。u v w表示晶向族，代表原子密度相同的所有晶向（與對稱性相聯(lián)系的原子排列相同但空間位向不同）。C晶面指數(shù)晶

20、面：晶體內(nèi)的陣點（組成的）平面。晶面組：晶體所有陣點被劃成平行等距的一組晶面。D晶面族某晶面的晶面指數(shù)乘以-1后所表示的一組晶面仍與其平行，共為一晶面組，也用（h k l）表示。晶面族用h k 1 表示，代表原子排列相同（晶面方位不同）的所有晶面，即同一晶體結(jié)構(gòu)中相互平行的晶面以及空間方位雖不同但原子排列情況相同的晶面都屬于同一晶面族。5、晶面間距? 晶面組中最近兩晶面間的距離叫晶面間距。? 晶面指數(shù)低，面上具有較高的原子密度，間距大、作用力弱。? 使用X-射線衍射（X-ray Diffraction ）結(jié)果，通過布拉格定律，可測定晶面間距：n，= 2dsin 二=MH P（光程差）n = 1

21、，2，3,，為衍射級數(shù)；人為波長；日為衍射角1、金屬晶體金屬在固態(tài)時一般都是晶體。以金屬鍵結(jié)合，且無方向性。金屬結(jié)構(gòu)配位數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊密，原子呈圓球狀密堆積。常見的金屬結(jié)構(gòu)有：體心立方、面心立方、密排六方2、離子晶體由離子鍵結(jié)合，無方向性和飽和性。正離子周圍配位多個負(fù)離子，離子的堆積受鄰近質(zhì)點異號電荷及化學(xué)量比限制。堆積形式?jīng)Q定于正負(fù)離子的電荷數(shù)和相對大小。硬度高、強(qiáng)度大、熔沸點高、膨脹系數(shù)小 由于電子少，多為絕緣體；不易吸收可見光，多為無色透明3、共價晶體由共價鍵結(jié)合，存在方向性和飽和性。配位數(shù)和方向受限制（配位須成鍵） 多由非金屬元素組成 （IV-VIA 族 ）N族元素共價晶體的配位數(shù)為（8

22、-N ）。 強(qiáng)度高、硬度高、脆性大、熔點高、沸點高、揮發(fā)性低、結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定、導(dǎo)電能力較差。4、分子晶體組元為分子；以范氏力和氫鍵結(jié)合。若僅有范氏力： 無方向性、 飽和性， 趨于密堆。 常還受分子非球性及永久偶極相互作用影響。 有氫鍵時：有方向性、飽和性，堆積密度低。5、多晶型：一化合物有兩種以上的晶型相互間轉(zhuǎn)變的形式不改變配位，而改變連接方式： ZnS、 SiO2改變配位： CsCl （隨溫度變化） 改變分子或離子的對稱性（分子熱運動）：NaCN改變鍵型：白錫 - 灰錫 金剛石 - 石墨第三章 材料組成與結(jié)構(gòu) 材料的組成：構(gòu)成材料的基本單元的成分及數(shù)目。 材料的結(jié)構(gòu)：材料的組成單元之間相互吸引

23、和相互排斥作用達(dá)到平衡時在空間的幾何排列。 材料的結(jié)構(gòu)包括構(gòu)成材料的原子的電子結(jié)構(gòu)（決定化學(xué)鍵類型）、分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（決定材料的基本類型及材料組成相的結(jié)構(gòu)） 以及材料的顯微組織結(jié)構(gòu) （組成材料的各 相的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布等） 。材料的結(jié)構(gòu)可分為宏觀結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。 材料的結(jié)構(gòu)和組成是決定材料性能的基礎(chǔ)。是合理地設(shè)計、制造和選用材料的基礎(chǔ)。高分子材料的組成和結(jié)構(gòu)1921 年 Staudinger （施陶丁格）提出高分子的概念?；咎卣?平均分子量大，存在分子量分布 10 4107Mn M w 高分子鏈具有多種形態(tài) 分子鏈間力以范氏力為主，部分化學(xué)鍵為分子內(nèi)共價鍵 組成和

24、結(jié)構(gòu)的多層次性 高分子相容劑理想的相容劑是含有兩種聚合物鏈段的共聚物，或含極性、非極性基團(tuán)的共聚物。如PP和PE共混，以乙丙橡膠作為相容劑；SBS嵌段共聚物。反應(yīng)性相容劑：如環(huán)氧基可與聚氨酯、尼龍、聚酯等高分子鏈上的基團(tuán)HO-、 H2N-、 HOOC-等發(fā)生反應(yīng)，從而改善聚合物的相容性。使用相容劑的典型體系：HDPE/PET體系加SEBS沖擊性能提高； HIPS、ABS SBS PC PBT廢棄物，加PMMA接枝橡膠，可提高沖擊性；HDPE纖維素復(fù)合材料，加離子聚合物或氯化聚乙烯，可改善其性能。復(fù)合材料復(fù)合材料由連續(xù)基體相和分散增強(qiáng)相及界面相所構(gòu)成。1.復(fù)合材料的組成復(fù)合材料由基體和增強(qiáng)材料兩

25、組元所組成。基體和增強(qiáng)材料都是一個龐大的材料體系、品種繁多，結(jié)構(gòu)與性能呈多樣化，復(fù)合體系的系統(tǒng)組合、排列賦予復(fù)合材料巨大的發(fā)展空間。原則上，基體與增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)與性能差異越大，越具復(fù)合價值，但更為重要的是基體與增強(qiáng)體之間的匹配。? 增強(qiáng)體顆粒增強(qiáng)體：指高強(qiáng)、高模、耐高溫的陶瓷和石墨等非金屬材料的微細(xì)粉末，主要起增強(qiáng)、 增韌作用，而不是普通填料的填充體積或降低成本的作用，增強(qiáng)體價格往往比基體還貴。晶須：長徑比5100之間，橫截面積小于 52 10-5cmi(直徑約110麗 的含缺陷很少的單晶 纖維，其模量和強(qiáng)度接近其純晶體的理論值。主要有金屬晶須、氧化物晶須、陶瓷晶須、氮 化物晶須、硼化物晶須和無機(jī)

26、鹽類晶須。纖維及其織物：植物纖維、動物纖維、礦物纖維、合成纖維(有機(jī)、無機(jī)).復(fù)合材料的特性a. 可設(shè)計性b. 構(gòu)件復(fù)合與成型一次性完成，整體性好c. 性能分散性大，性能對工藝工程及工藝參數(shù)甚至一些偶然性因素都十分敏感，難以精確 控制結(jié)構(gòu)和性能d. 復(fù)合效應(yīng)(多種復(fù)合效應(yīng))e. 復(fù)合材料的性能特點? 比強(qiáng)度、比模量大? 破壞安全性高? 耐疲勞性好? 阻尼減震性好? 耐燒蝕性能好復(fù)合材料界面的形成在復(fù)合材料界面形成過程中涉及：? i)界面間的相互置換：如，潤濕過程是一個固-液界面置換固-氣表面的過程。? ii) 界面間的相互轉(zhuǎn)化：如，固化過程是固-液界面向固-固界面轉(zhuǎn)化的過程。? iii)后處理

27、過程：固-固界面自身完善與平衡的過程。A. 增強(qiáng)體表面預(yù)處理或改性階段。?(1)界面設(shè)計與控制的重要手段?(2)改性層成為最終界面層的重要組成部分?(3)為第二階段作準(zhǔn)備B. 增強(qiáng)體與基體的接觸與浸潤過程?(1)接觸-吸附與浸潤-交互擴(kuò)散-化學(xué)結(jié)合或物理結(jié)合?(2)界面形成與發(fā)展的關(guān)鍵階段C. 液態(tài)(或粘流態(tài))組分的固化過程，即凝固或固化過程。?(1)界面的固定(亞穩(wěn)態(tài)、非平衡態(tài))?(2)界面的穩(wěn)定(穩(wěn)態(tài)、平衡態(tài))復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)? i)非單分子層，其組成、結(jié)構(gòu)形態(tài)、形貌十分復(fù)雜，形式多樣。界面區(qū)至少包括：基體表面層、增強(qiáng)體表面層、基體/增強(qiáng)體界面層三個部分。? ii）具有一定厚度的界面相（

28、層），其組成、結(jié)構(gòu)、性能隨厚度方向變化而變化，具有“梯度”材料性能特征。? iii）界面的比表面積或界面相的體積分?jǐn)?shù)很大（尤其是納米復(fù)合材料），界面效應(yīng)顯著。這是復(fù)合材料復(fù)合效應(yīng)產(chǎn)生的根源。? iv） 界面缺陷形式多樣（包括殘余應(yīng)力），對復(fù)合材料性能影響十分敏感。界面上力的傳遞與殘余應(yīng)力有一定結(jié)合強(qiáng)度的界面（層），可在基體與增強(qiáng)體之間進(jìn)行力的轉(zhuǎn)遞和力的分配，并且在基體或增強(qiáng)體破壞過程中還可進(jìn)行應(yīng)力再分配，使得復(fù)合材料產(chǎn)生出組合的力學(xué)性能。 殘余應(yīng)力：在復(fù)合材料未受外力時，界面上仍存在應(yīng)力或應(yīng)力分布，即殘余應(yīng)力。來源： 增強(qiáng)相與基體相熱膨脹系數(shù)不匹配。 相與相之間的彈性系數(shù)不匹配，相內(nèi)的應(yīng)力分布

29、不均。 成型過程中，由高溫-室溫、化學(xué)和物理變化引起的各組元體積收縮的不同，如：基體固化、聚集態(tài)轉(zhuǎn)變、晶相轉(zhuǎn)變等。 層合板中鋪層方向不同帶來的層間殘余應(yīng)力（層合板的翹曲）。 流變過程中，組元間的塑性變形差異引起的流變殘余應(yīng)力。復(fù)合材料界面的破壞機(jī)制破壞的來源：基體內(nèi)、增強(qiáng)體內(nèi)和界面層上均存在微裂紋、氣孔及內(nèi)應(yīng)力，在力場或外界環(huán)境（如介質(zhì)、水）下，微裂紋和缺陷按本身的規(guī)律發(fā)展，并消散能量。破壞形式i）基體斷裂ii）纖維斷裂iii）纖維脫粘iv）纖維拔出（摩擦功）v）裂紋擴(kuò)展與偏轉(zhuǎn)復(fù)合材料的破壞機(jī)制則是上述5種基本破壞形式的組合與綜合體現(xiàn)的結(jié)果。復(fù)合材料的界面理論（1 ）界面設(shè)計與控制的概念 界面

30、傳遞應(yīng)力，需要一定的界面結(jié)合強(qiáng)度，但不是愈高愈好。 界面發(fā)生破壞，結(jié)合弱，界面破壞形式豐富，能量耗散多。高的界面粘接強(qiáng)度 '脆性斷裂、破壞形式單一，不涉及界面破壞，其能量耗散僅限于產(chǎn)生新 的斷裂表面。弱的界面結(jié)合強(qiáng)度 ，可以發(fā)生多種界面破壞形式（如纖維拔出、脫粘、應(yīng)力再分配等）> 消耗大量的外界功，提高材料的強(qiáng)度和韌性，避免脆性斷裂或災(zāi)難性破壞。所謂界面設(shè)計與界面控制的基本概念即要求界面具有： 適宜的粘接強(qiáng)度； 最佳的界面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)；與界面相聯(lián)系的理想的微觀破壞機(jī)制（2 ）界面理論A浸潤理論B化學(xué)鍵理論C優(yōu)先吸附理論D 可形變層理論：在玻纖增強(qiáng)的復(fù)合材料中，偶聯(lián)劑不是阻止水分進(jìn)入界面，而是與水在玻璃表面上競爭結(jié)合。在界面上建立了鍵的形成與斷裂的動態(tài)平衡狀態(tài)。由于偶聯(lián)劑與玻璃以水解，使鍵斷裂。這種鍵的形成