2011級(jí)復(fù)合材料考卷及答案

_、選擇題纖維增強(qiáng)塑料一詞縮寫(xiě)為FRPB.CFRPC.GFRPD.GDP2?生產(chǎn)碳纖維的最主要原料是答：聚丙烯纖維、黏膠絲和瀝青纖維(B)A.瀝青B.聚丙烯膳C.聚乙烯D.人造絲玻璃鋼是答：玻璃纖維增強(qiáng)塑料(B)A.玻璃纖維增強(qiáng)A.玻璃纖維增強(qiáng)A1基復(fù)合材料C.氧化鋁纖維增強(qiáng)塑料FR-TP是指A.水泥基體復(fù)合材料C.玻璃鋼復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料通常A.以重金屬作基體C.彈性模量比金屬低玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料D.碳纖維增強(qiáng)熱固性塑料(D)B.碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料D.玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(D)B.延性比金屬差D.較基體具有更高使用的溫度復(fù)合材料中的殘余應(yīng)力主要有下列哪個(gè)因素造成的在制備復(fù)合材料時(shí)，由于冷卻速度過(guò)快，使應(yīng)力來(lái)不及緩和造成的基體材料與增強(qiáng)材料的化學(xué)相容性不好造成的基體材料與增強(qiáng)材料的熱膨脹系數(shù)的差異性造成的基體材料與增強(qiáng)材料力學(xué)性能不同造成的二、填空題1?復(fù)合材料中的連續(xù)相，稱(chēng)為基體，其它的相分散于連續(xù)相中，提高材料的力學(xué)性能，稱(chēng)為增強(qiáng)體。按用途分類(lèi)，復(fù)合材料可分為結(jié)構(gòu)和功能、結(jié)構(gòu)\功能一休化復(fù)合材料。3.E玻璃纖維是指無(wú)堿玻璃纖維,A玻璃纖維是指有堿玻璃纖維o聚合物基復(fù)合材料中，常見(jiàn)的熱塑性樹(shù)脂基體有賽再烯、賽氯、聚碳酸酯。在聚合物基復(fù)合材料中，常見(jiàn)的熱固性樹(shù)脂基體有環(huán)氧樹(shù)脂,酚醛樹(shù)脂,不飽和聚酯,咲喃樹(shù)脂等。6.比強(qiáng)度是指材料抗拉強(qiáng)度與材料比重之比。7@比剛度指材料彈性模量與苴密度之比。&自生成法是指在復(fù)合材料制造過(guò)程中，增強(qiáng)材料在基休中生成和生長(zhǎng)的方法，解決了復(fù)合材料中的相容性和界面反應(yīng)兩個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題。9?制備鋁基（金屬基）復(fù)合材料常見(jiàn)的液態(tài)金屬法有頁(yè)空壓力浸漬法、擠壓鑄造法、換拌復(fù)合法、液態(tài)金屬浸漬法、頁(yè)空吸鑄法、熱噴涂法等。液態(tài)法是在基體金屬處于熔融狀態(tài)下，與增強(qiáng)材料混合組成新的復(fù)合材料的方法。10.固態(tài)法：固態(tài)法是在基體金屬處于固態(tài)情況下，與增強(qiáng)材料混合組成新的復(fù)合材料的方法。其中包括粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、軋制海擠壓和拉拔法、爆炸焊接法等。11.表面復(fù)合法（新型制造方法）包括：原位自生成法、物理氣相沉積法、化學(xué)豈相沉積法、化學(xué)鍍和電鍍法及復(fù)合鍍法等。12.化學(xué)氣相滲透法（CVI）制備陶瓷基復(fù)合材料時(shí)主要用于纖維丿品須丿顆?；蚨嗫滋沾蔁Y(jié)休丿（空格中填寫(xiě)增強(qiáng)相的形式）增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。13按性能高低，復(fù)合材料可分為■普通-和先進(jìn)復(fù)合材料。14纖維支數(shù)是指炭示紡織纖維粗細(xì)程度的單位。金屬陶瓷是指由一種或幾種陶瓷相與金屬或合金所組成的復(fù)合材料。在金屬基復(fù)合材料中，常見(jiàn)的用于450°C以下的輕金屬基體有鋁合金、鎂合金，常見(jiàn)的用于450~700°C的基體有鈦合金，常見(jiàn)的用于1000°C以上的基體有鎳基、軼基耐熱合金、金屬間化合物。（5分）微晶玻璃是指通過(guò)加入品核劑等方法，經(jīng)過(guò)熱處理過(guò)程在玻璃中形成品核，再使品核長(zhǎng)大而形成的玻璃與品休井存的均勺多品材料，又稱(chēng)為玻璃陶瓷。（2分）1&無(wú)機(jī)膠凝材料是指經(jīng)過(guò)一系列物理，化學(xué)作用，或與苴他物質(zhì)混合后一起經(jīng)過(guò)一系列物理，化學(xué)作用，能由漿休變成堅(jiān)硬的固休，并能將散粒材料或塊，片狀材料膠結(jié)成整休的物質(zhì)。19.晶須是以單品休形式生長(zhǎng)的形狀類(lèi)似短纖維，而尺寸遠(yuǎn)小于短纖維的須狀單品休。三、簡(jiǎn)答題復(fù)合材料的特點(diǎn)。（1）由兩種或多種不同性能的組分通過(guò)宏觀或微觀復(fù)合在一起的材料，組分間有明顯的界面。（2）各組分保持各自固有特性的同時(shí)可最大限度地發(fā)揮各組分的優(yōu)點(diǎn)，賦予單一材料所不具備的優(yōu)良特殊性能。（3）復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性。（4）保持其固有的物理、化學(xué)性質(zhì)，性能取決于各組成相性能的協(xié)同。2簡(jiǎn)述聚合物基復(fù)合材料與其它類(lèi)型的復(fù)合材料相比具有哪些特點(diǎn)？比強(qiáng)度大，比模量大。耐疲勞性能好。減振性好。耐燒蝕性能好。工藝性好。簡(jiǎn)述碳纖維增強(qiáng)體的特點(diǎn)和主要的應(yīng)用領(lǐng)域。碳纖維具有低密度、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、低電阻、高導(dǎo)熱、低熱膨脹、耐化學(xué)輻射等特性，除此之外還具有纖維的柔曲性和可編性，強(qiáng)度和比模量?jī)?yōu)于其它無(wú)機(jī)纖維。但碳纖維細(xì)脆、抗沖擊性和高溫抗氧化性較差。碳纖維的應(yīng)用：（1）航空航天方面的應(yīng)用（2）交通運(yùn)輸方面的應(yīng)用（3）運(yùn)動(dòng)器材GO其它方面可用于化工耐腐蝕制品。簡(jiǎn)述液相法和固相法制備金屬基復(fù)合材料的不同點(diǎn)。液相法是金屬基體處于熔融狀態(tài)下與固體增強(qiáng)物復(fù)合成材料的方法。金屬在熔融態(tài)流動(dòng)性好，在一定的外界條件下容易進(jìn)入增強(qiáng)物間隙中。液態(tài)法制造金屬基復(fù)合材料時(shí)，制造溫度高，易發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)，有效的控制界面反應(yīng)是液態(tài)法的關(guān)鍵。固相法將金屬粉末或金屬箔與增強(qiáng)物按設(shè)計(jì)要求以一定的含量、分布、方向混合或排布在一起，再經(jīng)過(guò)加熱、加壓，將金屬基體與增強(qiáng)物復(fù)合在一起。整個(gè)工藝過(guò)程處于較低的溫度，金屬基體和增強(qiáng)物都處于固態(tài)，界面反應(yīng)不嚴(yán)重。分別簡(jiǎn)述延性顆粒和剛性顆粒增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的增韌機(jī)理。延性顆粒是指金屬顆粒Fe>Co>Ni、Cr>Mo>W等，通過(guò)這些金屬第二相粒子的加入在外力作用下產(chǎn)生一定的塑性變形或沿晶界滑移產(chǎn)生蠕變來(lái)緩解應(yīng)力集中，達(dá)到增韌作用。剛性顆粒是指陶瓷，由于第二相粒子與基體晶粒之間的彈性模量與熱膨脹系數(shù)上的差異，在冷卻過(guò)程中粒子與基體周?chē)纬蓺堄鄳?yīng)力場(chǎng)，這種應(yīng)力場(chǎng)與擴(kuò)展裂紋尖端應(yīng)力交互作用，從而產(chǎn)生裂紋偏轉(zhuǎn)、繞道、分支和釘扎等效應(yīng)，對(duì)基體起增韌作用。6?簡(jiǎn)述粉末冶金法制備金屬基復(fù)合材料的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：①燒結(jié)溫度低于金屬熔點(diǎn)，減小界面反應(yīng)對(duì)復(fù)合材料性能的不利影響。②可根據(jù)性能要求，使增強(qiáng)材料與基體金屬粉末以任何比例混合。③可降低增強(qiáng)材料與基體互相濕潤(rùn)和密度差的要求，使顆?；蚓ы毦鶆蚍植荚诮饘倩鶑?fù)合材料的基體中。④采用熱等靜壓工藝時(shí)，其組織細(xì)化、致密、均勻，一般不會(huì)產(chǎn)生偏析、偏聚等缺陷。⑤粉末冶金法制備的金屬基復(fù)合材料可通過(guò)傳統(tǒng)的金屬加工方法進(jìn)行二次加工?？梢缘玫剿栊螤畹膹?fù)合材料構(gòu)件的毛坯。缺點(diǎn)：①工藝過(guò)程比較復(fù)雜；②金屬基體必須制成粉末，增加了工藝的復(fù)雜性和成本；③在制備鋁基復(fù)合材料時(shí)，還要防止鋁粉引起的爆炸。簡(jiǎn)述用坍落度試驗(yàn)測(cè)定混凝土混合料的和易性。流動(dòng)性的測(cè)定將拌和物分三層填入坍落度筒中；每一層插搗25下；將表面抹平；垂直提起圓錐筒；量出筒高與試體最高點(diǎn)之間的高度差一坍落度。四、論述題與金屬相比，玻璃鋼有那些優(yōu)缺點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)：（1）輕質(zhì)高強(qiáng)。（2）優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕。（3）優(yōu)良的電性能。（4）良好的隔熱性能。（5）良好的表面性能。（6）可設(shè)計(jì)性好。（7）良好的施工工藝性。缺點(diǎn)：（1）同金屬相比，玻璃鋼的彈性模量較低；不適合做軸承（2）長(zhǎng)期耐溫性一般在100°C以下，個(gè)別可達(dá)到150°C左右，低于金屬和無(wú)機(jī)材料（3）對(duì)溶劑和強(qiáng)氧化性介質(zhì)的耐蝕性也較差。試述以聚丙烯膳PAN為原材料用有機(jī)纖維碳化法制備碳纖維的制備過(guò)程，及所涉及的化學(xué)反應(yīng)。PAN纖維一預(yù)氧化一碳化一石墨化一表面處理預(yù)氧化：—200?300°C,02,張力~>PAN纖維六元環(huán)的梯形結(jié)構(gòu)碳化：在400°C-1900°C的惰性氣氛（N?）中進(jìn)行，碳纖維生成的主要階段。除去大量的氮、氫、氧等非碳元素，改變了原PAN纖維的結(jié)構(gòu)，形成了碳纖維。含碳量95%左右。巾00?1900°C,N2,張力>預(yù)氧化纖維亂層石墨結(jié)構(gòu)CF-II石墨化：在2000°C?3000°C的溫度下，密封裝置，施加壓力，保護(hù)氣體（Ar）中進(jìn)行，目的是使纖維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)整的石墨晶體結(jié)構(gòu)，與纖維軸方向的夾角進(jìn)一步減小以提高碳纖維的彈性模量—2000?3000°C,Ar,張力~>CF-IICF-I表面處理：提高CF表面活性，改善CF復(fù)合材料的性能試述在選擇金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體時(shí)要遵循哪些原則？討論AI2O3顆粒和B￡顆粒這兩種增強(qiáng)體是否適合用于鎂基復(fù)合材料的增強(qiáng)體？答：1、根據(jù)金屬基復(fù)合材料的使用要求；2、根據(jù)金屬基復(fù)合材料的組成特點(diǎn)；3、根據(jù)金屬基體與增強(qiáng)體的相容性；AI2O3顆粒不適合用于鎂基復(fù)合材料的增強(qiáng)體，因?yàn)闀?huì)發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)：3Mg+Al2O3=2Al+3MgO降低其與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度，常用的AI2O3常含有少量的SiO2,與Mg發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)；2Mg+Al2O3=Si+2MgO2Mg+Si=Mg2Si沉淀，危害界面結(jié)合強(qiáng)度因此，鎂復(fù)合材料中較少采用AI2O3作為增強(qiáng)體。B￡顆粒適合用于鎂基復(fù)合材料的增強(qiáng)體，因?yàn)锽f與純鎂不反應(yīng)，但顆粒表面的玻璃態(tài)B2O3與Mg發(fā)生界面反應(yīng)，液相的產(chǎn)生使得潤(rùn)濕性增加，不但不降低界面的結(jié)合強(qiáng)度，還有利于復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能。試述碳化硅纖維的兩種制備方法，分別列出這兩種方法在制備過(guò)程中的溫度變化和化學(xué)反應(yīng)，對(duì)比用不同方法制備得到的碳化硅纖維有何不同？碳化硅纖維的兩種制備方法有CVD法和先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法。CVD法是氯硅烷與氫氣在熱絲上發(fā)生熱解反應(yīng)SiC,并沉積在熱絲上形成帶有芯材的連續(xù)SiC纖維。CH3S1C13?SiC-+3HCl先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法是1975年由日本矢島Yajima首先研制成功。有Nicalon（尼卡隆1981）和Tyranno（奇拉隆1986）兩種商品。纖維呈束狀，每束500根左右，每根纖維10mm左右。Nicalon制備工藝（四步）：I聚碳硅烷（PCS）合成IIPCS紡絲熔融紡絲：將PCS在N2氣中350°C熔融并不斷攪拌，經(jīng)過(guò)噴絲板紡絲得到PCS先驅(qū)絲。溶液紡絲：當(dāng)PCS平均分子量較高時(shí)，由于熔體的粘度大，不宜采用熔融紡絲而需采用溶液法紡絲，即將PCS溶于二甲苯，再經(jīng)過(guò)噴絲板紡成PCS先驅(qū)絲。溶液紡絲可在室溫下進(jìn)行。III不熔化處理將聚碳硅烷先驅(qū)絲加熱（或高能粒子輻照），使其表面生成不熔不溶的網(wǎng)狀交聯(lián)含氧聚碳硅烷，稱(chēng)為不熔化處理（或稱(chēng)預(yù)氧化處理或穩(wěn)定化處理）。不熔化處理可以使PCS先驅(qū)絲在后續(xù)高溫工藝中相互不粘接并保持原絲形狀。IV燒結(jié)將不熔化處理后的PCS先驅(qū)絲在惰性氣氛或真空中高溫?zé)?，使有機(jī)聚碳硅烷轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)碳化硅。室溫至550°C：先驅(qū)絲從外到內(nèi)逐步熱交聯(lián)。550°C-800°C:側(cè)鏈有機(jī)基團(tuán)熱分解，成為無(wú)定形SiC絲。800°C~1250°C：無(wú)定形SiC向0SiC微晶轉(zhuǎn)變。試述陶瓷基復(fù)合材料有幾種界面結(jié)合方式，其界面控制方法又有哪幾類(lèi)？界面結(jié)合方式與金屬基體復(fù)合材料基本相同，有化學(xué)結(jié)合、物理結(jié)合、機(jī)械結(jié)合和擴(kuò)散結(jié)合，其中以化學(xué)結(jié)合為主，有時(shí)幾種結(jié)合