復合材料重點

復合材料復習重點一、復合材料的定義，命名及分類什么是復合材料？特點？用經(jīng)過選擇的、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）材料通過人工復合組合而成的多相、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，又顯示了原組分材料所沒有的新性能。復合材料應(yīng)具有以下三個特點：復合材料是由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過宏觀或微觀復合形成的一種新型材料，組元之間存在著明顯的界面。復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。復合材料具有可設(shè)計性。復合材料的分類、命名和各有什么特點？高性能復合材料按基體材料的性質(zhì)分為兩類：金屬基復合材料（metalmatrixcomposite,MMC）金屬基復合材料相對于傳統(tǒng)的金屬材料來說，具有較高的比強度與比剛度；而與樹脂基復合材料相比，它又具有優(yōu)良的導電性與耐熱性；與陶瓷基材料相比，它又具有高韌性和高沖擊性能。聚合物基復合材料(polymermatrixcomposite,PMC)1、具有較高的比強度和比模量（剛度）；2、耐疲勞性能好；3、減震性能好；4、過載時安全性好；5、高溫性能好；6、可設(shè)計性強、成型工藝簡單。陶瓷基復合材料（ceramicmatrixcomposite,CMC）復合材料發(fā)展經(jīng)過了幾代？第一代復合材料(玻璃纖維增強塑料)；第二代復合材料(碳纖維增強塑料)；第三代復合材料（纖維增強金屬基復合材料）；第四代復合材料（多功能復合材料）復合材料界面如何定義？界面特點？復合材料的界面是指基體與增強體之間化學成分有顯著變化的、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：i)非單分子層，其組成、結(jié)構(gòu)形態(tài)、形貌十分復雜、形式多樣界面區(qū)至少包括：基體和增強體的部分原始接觸面；基體與增強體相互作用生成的反應(yīng)產(chǎn)物，此產(chǎn)物與基體及增強體的接觸面；基體和增強體的互擴散層；增強體上的表面涂層；基體和增強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數(shù)很大（尤其是納米復合材料），界面效應(yīng)顯著：復合材料復合效應(yīng)產(chǎn)生的根源。界面強度對復合材料的影響？界面結(jié)合強度過高或過低都不利，適當?shù)慕缑娼Y(jié)合強度才能保證復合材料具有最佳的抗張強度。一般情況下，界面結(jié)合強度越高，沿纖維方向的剪切強度越大：在交變載荷作用下，復合材料界面的松脫會導致纖維與基體之間摩擦生熱加劇破壞過程：因此就改善復合材料的疲勞性能而言，界面結(jié)合強度稍強一些為好。金屬基復合材料的界面類型有哪些？二、基體材料及特點聚合物的玻璃化溫度Tg怎么定義？低于或高于此溫度對應(yīng)什么狀態(tài)？當一塊玻璃冷卻到熔點溫度以下時,在某一溫度范圍內(nèi)它仍是塑性的,但冷卻到某個溫度時，發(fā)生玻璃硬化，此溫度即Tg.。(1)玻璃態(tài)。當溫度較低時(<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，此時分子的動能較小，整個大分子鏈或鏈段不能發(fā)生運動，分子被“凍結(jié)”，稱為玻璃態(tài)，此時只有比鏈段更小的結(jié)構(gòu)單元如鏈節(jié)、側(cè)基等能運動。受外力作用時，只能使主鏈的鍵長和鍵角有微小的改變，外力除去后形變能立刻回復。這是一種普彈性狀態(tài)。(2)高彈態(tài)。隨著溫度的升高，當T>Tg時，分子的動能增加，使鏈段的自由旋轉(zhuǎn)成為可能，此時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，彈性模量顯著降低105Pa，外力除去后變形量可以回復，有明顯的時間依賴性。(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)生分子鏈間的相對滑動，產(chǎn)生很大的不可逆形變，出現(xiàn)高分子的粘性流動，稱為黏流態(tài)。黏流態(tài)主要與大分子鏈的運動有關(guān)，分子鏈越長，分子間的滑動阻力越大，黏度越高，Tf也高。熱固性和熱塑性樹脂的區(qū)別？熱固性樹脂是指在熱和化學固化劑等的作用下，能發(fā)生交聯(lián)而變成不溶不熔狀態(tài)的樹脂。由于成型時線型分子鏈間產(chǎn)生嚴重交聯(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，材料不能進行塑性加工和反復使用。熱塑性聚合物是指具有線型或支鏈型結(jié)構(gòu)的一類有機高分子化合物。它可以反復受熱軟化〔或熔化)和冷卻變硬。熱塑性聚合物在軟化或熔化狀態(tài)下能進行模塑加工，在冷卻至軟化點以下能保持模塑成型的形狀。金屬基體分類（1）用于450℃以下的輕金屬基體；（2）用于450-700℃的復合材料的金屬基體；（3）用于1000℃以上的高溫復合材料的金屬基體。三、增強體材料及特點玻璃纖維有哪些種類？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：無堿玻璃纖維(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？中堿玻璃纖維對酸的穩(wěn)定性是較高的，但對水的穩(wěn)定性是較差的；無堿玻璃纖維耐酶性較差，但耐水性較好；中堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維，從弱堿液對玻璃纖維強度的影響看，二者的耐堿性相接近。中堿、無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，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)果在玻璃表面上會形成一層極薄的氧化硅保護膜，這層膜使酸的侵析與離子交換過程迅速減緩，使強度下降也緩慢。實踐證明Na20，K20有利于這層保護膜的形成。所以中堿纖維比無堿纖維的耐酸性好。玻璃纖維的規(guī)格和性能如何定義？玻璃纖維紗可分無捻紗及有捻紗兩種。無捻紗一般用增強型浸潤劑，由原紗直接并股、絡(luò)紗制成。有捻紗則多用紡織型浸潤劑，原紗經(jīng)過退繞、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度來表示。纖維支數(shù)=纖維長度／纖維重量例如：40支紗，就是指一克重的原紗長40m。2．定長法是目前國際統(tǒng)一使用的方法，通稱“TEX”(公制稱號)，是指1000m長的原紗的克重量。例如：4“TEX”就是指1000m原紗重4g。玻璃纖維的特點有哪些？玻璃纖維具有一系列優(yōu)良性能，拉伸強度高，防火、防霉、防蛀、耐高溫和電絕緣性能好等。它的缺點是具有脆性，不耐腐，對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℃就開始發(fā)生氧化反應(yīng)，當溫度高于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，從而提高碳纖維的表面黏結(jié)性能。多相生長法生長碳纖維，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；當基板上放置鎳箔、鎳顆粒為催化劑時，生成螺旋形VGCF?？捎米髟鰪婓w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)沿纖維縱軸具有負的溫度效應(yīng)，即隨溫度的升高，碳纖維有收縮趨勢，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?？v向熱膨脹系數(shù)在100℃時為-2x10-6/℃；在100-200℃時為-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、聚合物基復合材料聚合物復合材料的分類？熱固性樹脂基復合材料；熱塑性樹脂基復合材料；橡膠基復合材料。聚合物復合材料中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生條件？對于高聚物基復合材料而言，界面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，是由于樹脂和產(chǎn)維熱膨脹系數(shù)的不同所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和固化過程樹脂體積收縮產(chǎn)生的化學應(yīng)力所致。四、金屬基復合材料金屬基復合材料相比就其他材料的性能特點？金屬基復合材料相對于傳統(tǒng)的金屬材料來說，具有較高的比強度與比剛度；而與樹脂基復合材料相比，它又具有優(yōu)良的導電性與耐熱性；與陶瓷基材料相比，它又具有高韌性和高沖擊性能。金屬基復合材料的分類及使用范圍？1．按基體分類(1)鋁基復合材料：用于450℃以下的輕金屬基體；(2)鎳基復合樹樹：用于1000℃以上的高溫復合材料的金屬基體；(3)鈦基復合材料：用于450-700℃的復合材料的金屬基體。2.按增強體分類(1)顆粒增強復合材料(2)層狀復合材料(3)纖維增強復合材料金屬基復合材料的制備方法有哪些？金屬基復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合材料的過程中，基體處于固態(tài)制成復合材料體系的方法。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)下與增強體材料組成新的復合材料的方法。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)、化學氣相沉積法(CVD)、化學鍍和電沉積法、復合鍍法等。五、陶瓷基復合材料陶瓷基復合材料制備方法有哪些？首先將增強材料摻入未固結(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)纖維編織制成預成型坯件，再進行化學氣相沉積、化學氣相滲透或直接氧化沉積，制成連續(xù)纖維增韌陶瓷基復合材料。連續(xù)纖維增強陶瓷基復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)增強陶瓷基復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)增強陶瓷基復合材料。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)。顆粒增強陶瓷基復合材料采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝，即將不同的陶瓷材料粉體經(jīng)機械混合或化學混合得到均勻的混合料，壓制或注射成型后在進行常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)或熱等靜壓燒結(jié)，得到致密的陶瓷基復合材料。C/C復合材料的定義？C/SiC復合材料的定義？陶瓷基復合材料中短纖維含量對強度的影響？圖7-20及圖7-2l給出Zr02[2％(摩爾)Y203]+SiCw及Al2O3+SiCw陶瓷復合材料的性能與SiCw體積分數(shù)之間的關(guān)系，可以看出兩種復合材料彈性模量、硬度及斷裂韌性隨著SiCw體積分數(shù)增加而提高。對Al2O3基復合材料，隨SiCw體積分數(shù)的增加單調(diào)上升；而對Zr02基體，在10％(體積分數(shù))SiCw時出現(xiàn)峰值，隨后有所下降，但仍高于基體強度。這是由于SiC體積分數(shù)高時造成熱失配過大，同時致密化困難引起密度下降，從而界面強度降低，使得復合材料強度下降。纖維增韌機理及能量變化？SiC晶須增韌陶瓷基復合材料的強韌化機理大體與纖維增韌陶瓷基復合材料相同，即主要靠晶須的拔出橋連與裂紋轉(zhuǎn)向機制對強度和韌性的提高產(chǎn)生突出貢獻。（1）裂紋偏轉(zhuǎn)由于纖維周圍的應(yīng)力場，基體中的裂紋一般難以穿過纖維，相對而言它更易繞過纖維并盡量貼近纖維表面擴展，即裂紋偏轉(zhuǎn)。裂紋偏轉(zhuǎn)可繞著增強體傾斜發(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，而且裂紋的擴展路徑增長，裂紋擴展中需消耗更多的能量因而起到增韌作用。（2）脫粘（Debonding)復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。纖維拔出會使裂紋尖端應(yīng)力松弛，從而減緩了裂紋的擴展。纖維拔出需外力做功，因此起到增韌作用。（4）纖維橋接（FiberBridge）對于特定位向和分布的纖維，裂紋很難偏轉(zhuǎn)，只能沿著原來的擴展方向繼續(xù)擴展。這時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。這會在裂紋表面產(chǎn)生一個壓應(yīng)力，以抵消外加應(yīng)力的作用，從而使裂紋難以進一步擴展，起到增韌作用。陶瓷基復合材料的界面類型及特點？當反應(yīng)層達到某一厚度時，復合材料的抗張強度開始降低，此時反應(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，材料強度也隨之降低，直至達某一強度時不再降低，這時反應(yīng)層厚度稱為第二臨界厚度。功能復合材料與結(jié)構(gòu)復合材料的區(qū)別是什么？有哪些復合效應(yīng)？功能復合材料是指除力學性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化學和生物性能的復合材料。如有電、磁、光、阻尼、熱、摩擦、聲等功能。材料在復合后所得的復合材料，依據(jù)其產(chǎn)生復合效應(yīng)的特征，可分為兩大類：一、線性效應(yīng)；平均效應(yīng)：是復合材料所顯示的最典型的一種復合效應(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c、m、f分別表示復合材料、基體和增強體（或功能體）。平行效應(yīng)：顯示這一效應(yīng)的復合材料，它的各組分材料在復合材料中，均保留本身的作用，既無