復(fù)合材料重點(diǎn)

復(fù)合材料復(fù)習(xí)重點(diǎn)一、復(fù)合材料的定義，命名及分類(lèi)什么是復(fù)合材料？特點(diǎn)？用經(jīng)過(guò)選擇的、含一定數(shù)量比的兩種或兩種以上的不同性能、不同形態(tài)的組分（或稱組元）材料通過(guò)人工復(fù)合組合而成的多相、三維結(jié)合且各相之間有明顯界面的、具有特殊性能的材料。它既保持了原組分的主要特點(diǎn)，又顯示了原組分材料所沒(méi)有的新性能。復(fù)合材料應(yīng)具有以下三個(gè)特點(diǎn)：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過(guò)宏觀或微觀復(fù)合形成的一種新型材料，組元之間存在著明顯的界面。復(fù)合材料中各組元不但保持各自的固有特性而且可最大限度發(fā)揮各種材料組元的特性，并賦予單一材料組元所不具備的優(yōu)良持殊性能。復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性。復(fù)合材料的分類(lèi)、命名和各有什么特點(diǎn)？高性能復(fù)合材料按基體材料的性質(zhì)分為兩類(lèi)：金屬基復(fù)合材料（metalmatrixcomposite,MMC）金屬基復(fù)合材料相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬材料來(lái)說(shuō)，具有較高的比強(qiáng)度與比剛度；而與樹(shù)脂基復(fù)合材料相比，它又具有優(yōu)良的導(dǎo)電性與耐熱性；與陶瓷基材料相比，它又具有高韌性和高沖擊性能。聚合物基復(fù)合材料(polymermatrixcomposite,PMC)1、具有較高的比強(qiáng)度和比模量（剛度）；2、耐疲勞性能好；3、減震性能好；4、過(guò)載時(shí)安全性好；5、高溫性能好；6、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、成型工藝簡(jiǎn)單。陶瓷基復(fù)合材料（ceramicmatrixcomposite,CMC）復(fù)合材料發(fā)展經(jīng)過(guò)了幾代？第一代復(fù)合材料(玻璃纖維增強(qiáng)塑料)；第二代復(fù)合材料(碳纖維增強(qiáng)塑料)；第三代復(fù)合材料（纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料）；第四代復(fù)合材料（多功能復(fù)合材料）復(fù)合材料界面如何定義？界面特點(diǎn)？復(fù)合材料的界面是指基體與增強(qiáng)體之間化學(xué)成分有顯著變化的、構(gòu)成彼此結(jié)合的、能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。界面特點(diǎn)：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：基體和增強(qiáng)體的部分原始接觸面；基體與增強(qiáng)體相互作用生成的反應(yīng)產(chǎn)物，此產(chǎn)物與基體及增強(qiáng)體的接觸面；基體和增強(qiáng)體的互擴(kuò)散層；增強(qiáng)體上的表面涂層；基體和增強(qiáng)體上的氧化物及它們的反應(yīng)產(chǎn)物之間的接觸面等。ii)具有一定厚度的界面相（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：復(fù)合材料復(fù)合效應(yīng)產(chǎn)生的根源。界面強(qiáng)度對(duì)復(fù)合材料的影響？界面結(jié)合強(qiáng)度過(guò)高或過(guò)低都不利，適當(dāng)?shù)慕缑娼Y(jié)合強(qiáng)度才能保證復(fù)合材料具有最佳的抗張強(qiáng)度。一般情況下，界面結(jié)合強(qiáng)度越高，沿纖維方向的剪切強(qiáng)度越大：在交變載荷作用下，復(fù)合材料界面的松脫會(huì)導(dǎo)致纖維與基體之間摩擦生熱加劇破壞過(guò)程：因此就改善復(fù)合材料的疲勞性能而言，界面結(jié)合強(qiáng)度稍強(qiáng)一些為好。金屬基復(fù)合材料的界面類(lèi)型有哪些？二、基體材料及特點(diǎn)聚合物的玻璃化溫度Tg怎么定義？低于或高于此溫度對(duì)應(yīng)什么狀態(tài)？當(dāng)一塊玻璃冷卻到熔點(diǎn)溫度以下時(shí),在某一溫度范圍內(nèi)它仍是塑性的,但冷卻到某個(gè)溫度時(shí)，發(fā)生玻璃硬化，此溫度即Tg.。(1)玻璃態(tài)。當(dāng)溫度較低時(shí)(<Tg)，試樣呈剛性固體狀，在外力作用下只發(fā)生非常小的形變，此時(shí)分子的動(dòng)能較小，整個(gè)大分子鏈或鏈段不能發(fā)生運(yùn)動(dòng)，分子被“凍結(jié)”，稱為玻璃態(tài)，此時(shí)只有比鏈段更小的結(jié)構(gòu)單元如鏈節(jié)、側(cè)基等能運(yùn)動(dòng)。受外力作用時(shí)，只能使主鏈的鍵長(zhǎng)和鍵角有微小的改變，外力除去后形變能立刻回復(fù)。這是一種普彈性狀態(tài)。(2)高彈態(tài)。隨著溫度的升高，當(dāng)T>Tg時(shí)，分子的動(dòng)能增加，使鏈段的自由旋轉(zhuǎn)成為可能，此時(shí)試樣的形變明顯增加，在這一區(qū)域中，試樣變成柔軟的彈性體，稱為高彈態(tài)。高彈態(tài)時(shí)，彈性模量顯著降低105Pa，外力除去后變形量可以回復(fù)，有明顯的時(shí)間依賴性。(3)黏流態(tài)。溫度高于Tf(黏流溫度)后，在外力作用下極易發(fā)生分子鏈間的相對(duì)滑動(dòng)，產(chǎn)生很大的不可逆形變，出現(xiàn)高分子的粘性流動(dòng)，稱為黏流態(tài)。黏流態(tài)主要與大分子鏈的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，分子鏈越長(zhǎng)，分子間的滑動(dòng)阻力越大，黏度越高，Tf也高。熱固性和熱塑性樹(shù)脂的區(qū)別？熱固性樹(shù)脂是指在熱和化學(xué)固化劑等的作用下，能發(fā)生交聯(lián)而變成不溶不熔狀態(tài)的樹(shù)脂。由于成型時(shí)線型分子鏈間產(chǎn)生嚴(yán)重交聯(lián)而形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而具有較高的硬度和彈性模量，但彈性低，脆性大，材料不能進(jìn)行塑性加工和反復(fù)使用。熱塑性聚合物是指具有線型或支鏈型結(jié)構(gòu)的一類(lèi)有機(jī)高分子化合物。它可以反復(fù)受熱軟化〔或熔化)和冷卻變硬。熱塑性聚合物在軟化或熔化狀態(tài)下能進(jìn)行模塑加工，在冷卻至軟化點(diǎn)以下能保持模塑成型的形狀。金屬基體分類(lèi)（1）用于450℃以下的輕金屬基體；（2）用于450-700℃的復(fù)合材料的金屬基體；（3）用于1000℃以上的高溫復(fù)合材料的金屬基體。三、增強(qiáng)體材料及特點(diǎn)玻璃纖維有哪些種類(lèi)？玻璃纖維是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制成，單絲直徑為幾微米到幾十微米。以玻璃原料的成分分類(lèi)：無(wú)堿玻璃纖維(通稱E玻纖)、中堿玻璃纖維、有堿玻璃（A玻璃）纖維、特種玻璃纖維。玻璃纖維中不同堿金屬含量使其耐酸、堿性有何差異？中堿玻璃纖維對(duì)酸的穩(wěn)定性是較高的，但對(duì)水的穩(wěn)定性是較差的；無(wú)堿玻璃纖維耐酶性較差，但耐水性較好；中堿玻璃纖維和無(wú)堿玻璃纖維，從弱堿液對(duì)玻璃纖維強(qiáng)度的影響看，二者的耐堿性相接近。中堿、無(wú)堿玻璃纖維的耐酸性存在差異的原因？中堿纖維含Na20，K20比無(wú)堿纖維高二十多倍，受酸作用后，首先從表面上，有較多的金屬氧化物侵析出來(lái)，但主要是Na20，K20的離析、溶解；另一方面酸與玻璃纖維中硅酸鹽作用生成硅酸，而硅酸迅速聚合并凝成膠體，結(jié)果在玻璃表面上會(huì)形成一層極薄的氧化硅保護(hù)膜，這層膜使酸的侵析與離子交換過(guò)程迅速減緩，使強(qiáng)度下降也緩慢。實(shí)踐證明Na20，K20有利于這層保護(hù)膜的形成。所以中堿纖維比無(wú)堿纖維的耐酸性好。玻璃纖維的規(guī)格和性能如何定義？玻璃纖維紗可分無(wú)捻紗及有捻紗兩種。無(wú)捻紗一般用增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑，由原紗直接并股、絡(luò)紗制成。有捻紗則多用紡織型浸潤(rùn)劑，原紗經(jīng)過(guò)退繞、加捻、并股、絡(luò)紗而制成。由于生產(chǎn)玻璃纖維紗的直徑、支數(shù)及股數(shù)不同，使無(wú)捻紗和有捻紗的規(guī)格有許多種纖維支數(shù)有兩種表示方法：1．重量法是用一克重原紗的長(zhǎng)度來(lái)表示。纖維支數(shù)=纖維長(zhǎng)度／纖維重量例如：40支紗，就是指一克重的原紗長(zhǎng)40m。2．定長(zhǎng)法是目前國(guó)際統(tǒng)一使用的方法，通稱“TEX”(公制稱號(hào))，是指1000m長(zhǎng)的原紗的克重量。例如：4“TEX”就是指1000m原紗重4g。玻璃纖維的特點(diǎn)有哪些？玻璃纖維具有一系列優(yōu)良性能，拉伸強(qiáng)度高，防火、防霉、防蛀、耐高溫和電絕緣性能好等。它的缺點(diǎn)是具有脆性，不耐腐，對(duì)人的皮膚有刺激性等。提高碳纖維耐氧化性的方法？碳纖維在空氣中，于200-290℃就開(kāi)始發(fā)生氧化反應(yīng)，當(dāng)溫度高于400℃，出現(xiàn)明顯的氧化，生成CO和CO2。高模量碳纖維的抗氧化性顯著優(yōu)于高強(qiáng)度型的。若用30％的H3P04處理后，可提高它的抗氧化性。利用能被強(qiáng)氧化劑氧化(濃硫酸、濃硝酸、次氯酸、重鉻酸)，將表面碳氧化成含氧基團(tuán)，從而提高碳纖維的表面黏結(jié)性能。多相生長(zhǎng)法生長(zhǎng)碳纖維，F(xiàn)e系、Ni系催化劑各產(chǎn)生什么效果？鐵系催化劑生成直線形碳纖維；當(dāng)基板上放置鎳箔、鎳顆粒為催化劑時(shí)，生成螺旋形VGCF?？捎米髟鰪?qiáng)體的纖維有哪些，各種纖維的膨脹性質(zhì)如何？玻璃纖維：熱膨脹系數(shù)為4.8x10-6/℃碳纖維：具有各向異性，碳纖維的線膨脹系數(shù)沿纖維縱軸具有負(fù)的溫度效應(yīng)，即隨溫度的升高，碳纖維有收縮趨勢(shì)，耐疲勞性能好。碳纖維的線膨脹系數(shù)沿纖維縱軸為-0.9x10-6-0.72x10-6/；垂直纖維縱軸為22x10-6～32x10-6/。芳綸纖維：芳綸纖維的熱膨脹系數(shù)和碳纖維一樣具有各向異性的特點(diǎn)?？v向熱膨脹系數(shù)在100℃時(shí)為-2x10-6/℃；在100-200℃時(shí)為-4x10-6/℃。橫向熱膨脹系數(shù)為59x10-6/℃。碳化硅纖維：。。。。。。。硼纖維：熱膨脹系數(shù)4.68-5.04X10-6/℃。氧化鋁纖維：。。。。。三、聚合物基復(fù)合材料聚合物復(fù)合材料的分類(lèi)？熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料；熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料；橡膠基復(fù)合材料。聚合物復(fù)合材料中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生條件？對(duì)于高聚物基復(fù)合材料而言，界面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，是由于樹(shù)脂和產(chǎn)維熱膨脹系數(shù)的不同所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和固化過(guò)程樹(shù)脂體積收縮產(chǎn)生的化學(xué)應(yīng)力所致。四、金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料相比就其他材料的性能特點(diǎn)？金屬基復(fù)合材料相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬材料來(lái)說(shuō)，具有較高的比強(qiáng)度與比剛度；而與樹(shù)脂基復(fù)合材料相比，它又具有優(yōu)良的導(dǎo)電性與耐熱性；與陶瓷基材料相比，它又具有高韌性和高沖擊性能。金屬基復(fù)合材料的分類(lèi)及使用范圍？1．按基體分類(lèi)(1)鋁基復(fù)合材料：用于450℃以下的輕金屬基體；(2)鎳基復(fù)合樹(shù)樹(shù)：用于1000℃以上的高溫復(fù)合材料的金屬基體；(3)鈦基復(fù)合材料：用于450-700℃的復(fù)合材料的金屬基體。2.按增強(qiáng)體分類(lèi)(1)顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料(2)層狀復(fù)合材料(3)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料的制備方法有哪些？金屬基復(fù)合材料的制造方法可以分為三種：(1)固態(tài)制造技術(shù)是指在制造金屬基復(fù)合材料的過(guò)程中，基體處于固態(tài)制成復(fù)合材料體系的方法。固態(tài)法包括粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、軋制法、擠壓和拉拔法、爆炸焊接法等(2)液態(tài)制造法是指在基體金屬處于熔融狀態(tài)下與增強(qiáng)體材料組成新的復(fù)合材料的方法。它包括真空壓力浸漬法、擠壓鑄造法、攪拌鑄造法、液態(tài)金屬浸漬法、共噴沉積法、熱噴涂法等。(3)新型制造技術(shù)包括原位自生成法、物理氣相沉積法(PVD)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、化學(xué)鍍和電沉積法、復(fù)合鍍法等。五、陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料制備方法有哪些？首先將增強(qiáng)材料摻入未固結(jié)的(或粉末狀的)基體材料中，然后使基體固結(jié)。普遍采用的技術(shù)是料漿浸漬工藝，然后再熱壓燒結(jié)?；蛘哌B續(xù)纖維編織制成預(yù)成型坯件，再進(jìn)行化學(xué)氣相沉積、化學(xué)氣相滲透或直接氧化沉積，制成連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料。連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的主要制造方法有料漿浸漬及熱壓燒結(jié)法、原位化學(xué)反應(yīng)法、直接氧化沉積法、先驅(qū)體熱解法、熔融浸溶法和反應(yīng)燒結(jié)法。晶須(短纖維)增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制造方法是：先將晶須或短纖維在液體介質(zhì)中經(jīng)機(jī)械或超聲分散，再與陶瓷基體粉末均勻混合，制成一定形狀的坯件，烘干后熱壓或累等靜壓燒結(jié)。此外，CVD、CVI、固相反應(yīng)燒結(jié)、直接氧化沉積等工藝也適合于制備晶勿(短纖維)增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。成型方法常采用加壓滲濾法、高溫致密化法、先驅(qū)飼熱解法和化學(xué)氣相沉積法等。燒結(jié)方法則采用熱壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、熱等靜壓(HIP)燒結(jié)、微波燒結(jié)。顆粒增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝，即將不同的陶瓷材料粉體經(jīng)機(jī)械混合或化學(xué)混合得到均勻的混合料，壓制或注射成型后在進(jìn)行常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)或熱等靜壓燒結(jié)，得到致密的陶瓷基復(fù)合材料。C/C復(fù)合材料的定義？C/SiC復(fù)合材料的定義？陶瓷基復(fù)合材料中短纖維含量對(duì)強(qiáng)度的影響？圖7-20及圖7-2l給出Zr02[2％(摩爾)Y203]+SiCw及Al2O3+SiCw陶瓷復(fù)合材料的性能與SiCw體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系，可以看出兩種復(fù)合材料彈性模量、硬度及斷裂韌性隨著SiCw體積分?jǐn)?shù)增加而提高。對(duì)Al2O3基復(fù)合材料，隨SiCw體積分?jǐn)?shù)的增加單調(diào)上升；而對(duì)Zr02基體，在10％(體積分?jǐn)?shù))SiCw時(shí)出現(xiàn)峰值，隨后有所下降，但仍高于基體強(qiáng)度。這是由于SiC體積分?jǐn)?shù)高時(shí)造成熱失配過(guò)大，同時(shí)致密化困難引起密度下降，從而界面強(qiáng)度降低，使得復(fù)合材料強(qiáng)度下降。纖維增韌機(jī)理及能量變化？SiC晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料的強(qiáng)韌化機(jī)理大體與纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料相同，即主要靠晶須的拔出橋連與裂紋轉(zhuǎn)向機(jī)制對(duì)強(qiáng)度和韌性的提高產(chǎn)生突出貢獻(xiàn)。（1）裂紋偏轉(zhuǎn)由于纖維周?chē)膽?yīng)力場(chǎng)，基體中的裂紋一般難以穿過(guò)纖維，相對(duì)而言它更易繞過(guò)纖維并盡量貼近纖維表面擴(kuò)展，即裂紋偏轉(zhuǎn)。裂紋偏轉(zhuǎn)可繞著增強(qiáng)體傾斜發(fā)生偏轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)后裂紋受的拉應(yīng)力往往低于偏轉(zhuǎn)前的裂紋，而且裂紋的擴(kuò)展路徑增長(zhǎng)，裂紋擴(kuò)展中需消耗更多的能量因而起到增韌作用。（2）脫粘（Debonding)復(fù)合材料在纖維脫粘后產(chǎn)生了新的表面，因此需要能量。盡管單位面積的表面能很小，但所有脫粘纖維總的表面能則很大。（3）纖維拔出（Pull–out）纖維首先脫粘才能拔出。纖維拔出會(huì)使裂紋尖端應(yīng)力松弛，從而減緩了裂紋的擴(kuò)展。纖維拔出需外力做功，因此起到增韌作用。（4）纖維橋接（FiberBridge）對(duì)于特定位向和分布的纖維，裂紋很難偏轉(zhuǎn)，只能沿著原來(lái)的擴(kuò)展方向繼續(xù)擴(kuò)展。這時(shí)緊靠裂紋尖端處的纖維并未斷裂，而是在裂紋兩岸搭起小橋，使兩岸連在一起。這會(huì)在裂紋表面產(chǎn)生一個(gè)壓應(yīng)力，以抵消外加應(yīng)力的作用，從而使裂紋難以進(jìn)一步擴(kuò)展，起到增韌作用。陶瓷基復(fù)合材料的界面類(lèi)型及特點(diǎn)？當(dāng)反應(yīng)層達(dá)到某一厚度時(shí)，復(fù)合材料的抗張強(qiáng)度開(kāi)始降低，此時(shí)反應(yīng)層的厚度可定義為第一臨界厚度。如果反應(yīng)層厚度繼續(xù)增大，材料強(qiáng)度也隨之降低，直至達(dá)某一強(qiáng)度時(shí)不再降低，這時(shí)反應(yīng)層厚度稱為第二臨界厚度。功能復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的區(qū)別是什么？有哪些復(fù)合效應(yīng)？功能復(fù)合材料是指除力學(xué)性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化學(xué)和生物性能的復(fù)合材料。如有電、磁、光、阻尼、熱、摩擦、聲等功能。材料在復(fù)合后所得的復(fù)合材料，依據(jù)其產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)的特征，可分為兩大類(lèi)：一、線性效應(yīng)；平均效應(yīng)：是復(fù)合材料所顯示的最典型的一種復(fù)合效應(yīng)。它可以表示為：式中，Ｐ為材料性能，Ｖ為材料體積含量，角標(biāo)c、m、f分別表示復(fù)合材料、基體和增強(qiáng)體（或功能體）。平行效應(yīng)：顯示這一效應(yīng)的復(fù)合材料，它的各組分材料在復(fù)合材料中，均保留本身的作用，既無(wú)