復(fù)合材料習(xí)題

復(fù)合材料習(xí)題第一章一、判斷題：判斷以下各論點(diǎn)的正誤。1、復(fù)合材料是由兩個組元以上的材料化合而成的。（）2、混雜復(fù)合總是指兩種以上的纖維增強(qiáng)基體。（）3、層板復(fù)合材料主要是指由顆料增強(qiáng)的復(fù)合材料。（）4、最廣泛應(yīng)用的復(fù)合材料是金屬基復(fù)合材料。（）5、復(fù)合材料具有可設(shè)計性。（）6、竹、麻、木、骨、皮膚是天然復(fù)合材料。（）7、分散相總是較基體強(qiáng)度和硬度高、剛度大。（）8、玻璃鋼問世于二十世紀(jì)四十年代。（）二、選擇題：從A、B、C、D中選擇出正確的答案。1、金屬基復(fù)合材料通常（B、D）A、以重金屬作基體。B、延性比金屬差。C、彈性模量比基體低。D、較基體具有更高的高溫強(qiáng)度。2、目前，大多數(shù)聚合物基復(fù)合材料的使用溫度為（B）A、低于100℃。B、低于200℃。C、低于300℃。D、低于400℃。3、金屬基復(fù)合材料的使用溫度范圍為（B）A、低于300℃。B、在350-1100℃之間。C、低于800℃。D、高于1000℃。4、混雜復(fù)合材料（B、D）A、僅指兩種以上增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料。B、是具有混雜纖維或顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料。C、總被認(rèn)為是兩向編織的復(fù)合材料。D、通常為多層復(fù)合材料。5、玻璃鋼是（B）A、玻璃纖維增強(qiáng)Al基復(fù)合材料。B、玻璃纖維增強(qiáng)塑料。C、碳纖維增強(qiáng)塑料。D、氧化鋁纖維增強(qiáng)塑料。6、功能復(fù)合材料（A、C、D）A、是指由功能體和基體組成的復(fù)合材料。B、包括各種力學(xué)性能的復(fù)合材料。C、包括各種電學(xué)性能的復(fù)合材料。D、包括各種聲學(xué)性能的復(fù)合材料。7、材料的比模量和比強(qiáng)度越高（A）A、制作同一零件時自重越小、剛度越大。B、制作同一零件時自重越大、剛度越大。C、制作同一零件時自重越小、剛度越小。D、制作同一零件時自重越大、剛度越小。三、簡述增強(qiáng)材料（增強(qiáng)體、功能體）在復(fù)合材料中所起的作用，并舉例說明。填充：廉價、顆粒狀填料，降低成本。例：PVC中添加碳酸鈣粉末。增強(qiáng)：纖維狀或片狀增強(qiáng)體，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱性能。效果取決于增強(qiáng)體本身的力學(xué)性能、形態(tài)等。例：TiC顆粒增強(qiáng)Si3N4復(fù)合材料、碳化鎢/鈷復(fù)合材料，切割工具；碳/碳復(fù)合材料，導(dǎo)彈、宇航工業(yè)的防熱材料（抗燒蝕），端頭帽、鼻錐、噴管的喉襯。賦予功能：賦予復(fù)合材料特殊的物理、化學(xué)功能。作用取決于功能體的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)。例：1-3型PZT棒/環(huán)氧樹脂壓電復(fù)合材料，換能器，用于人體組織探測。四、復(fù)合材料為何具有可設(shè)計性？簡述復(fù)合材料設(shè)計的意義。如何設(shè)計防腐蝕（堿性）玻璃纖維增強(qiáng)塑料？組分的選擇、各組分的含量及分布設(shè)計、復(fù)合方式和程度、工藝方法和工藝條件的控制等均影響復(fù)合材料的性能，賦予了復(fù)合材料性能的可設(shè)計性。意義：=1\*GB3①每種組分只貢獻(xiàn)自己的優(yōu)點(diǎn)，避開自己的缺點(diǎn)。=2\*GB3②由一組分的優(yōu)點(diǎn)補(bǔ)償另一組分的缺點(diǎn)，做到性能互補(bǔ)。=3\*GB3③使復(fù)合材料獲得一種新的、優(yōu)于各組分的性能（疊加效應(yīng)）。優(yōu)勝劣汰、性能互補(bǔ)、推陳出新。耐堿玻璃纖維增強(qiáng)塑料的設(shè)計：使用無堿玻璃纖維和耐堿性樹脂（胺固化環(huán)氧樹脂）。在保證必要的力學(xué)性能的前提下，盡量減少玻璃纖維的體積比例，并使樹脂基體盡量保護(hù)纖維不受介質(zhì)的侵蝕。五、簡述復(fù)合材料制造過程中增強(qiáng)材料的損傷類型及產(chǎn)生原因。力學(xué)損傷：屬于機(jī)械損傷，與纖維的脆性有關(guān)。脆性纖維（如陶瓷纖維）對表面劃傷十分敏感，手工操作、工具操作，纖維間相互接觸、擺放、纏繞過程都可能發(fā)生。化學(xué)損傷：主要為熱損傷，表現(xiàn)為高溫制造過程中，增強(qiáng)體與基體之間化學(xué)反應(yīng)過量，增強(qiáng)體中某些元素參與反應(yīng)，增強(qiáng)體氧化。化學(xué)損傷與復(fù)合工藝條件及復(fù)合方法有關(guān)。熱損傷伴隨著增強(qiáng)體與基體之間界面結(jié)構(gòu)的改變，產(chǎn)生界面反應(yīng)層，使界面脆性增大、界面?zhèn)鬟f載荷的能力下降。六、簡述復(fù)合材料增強(qiáng)體與基體之間形成良好界面的條件。在復(fù)合過程中，基體對增強(qiáng)體潤濕；增強(qiáng)體與基體之間不產(chǎn)生過量的化學(xué)反應(yīng)；生成的界面相能承擔(dān)傳遞載荷的功能。復(fù)合材料的界面效應(yīng)，取決于纖維或顆粒表面的物理和化學(xué)狀態(tài)、基體本身的結(jié)構(gòu)和性能、復(fù)合方式、復(fù)合工藝條件和環(huán)境條件。第二章一、什么是相乘效應(yīng)？舉例說明。兩種具有轉(zhuǎn)換效應(yīng)的材料復(fù)合在一起，產(chǎn)生了連鎖反應(yīng)，從而引出新的機(jī)能?？梢杂猛ㄊ奖硎荆篨/Y·Y/Z=X/Z（式中X、Y、Z分別表示各種物理性能）。壓磁效應(yīng)磁阻效應(yīng)=壓敏電阻效應(yīng)；閃爍效應(yīng)光導(dǎo)效應(yīng)=輻射誘導(dǎo)導(dǎo)電。例：磁電效應(yīng)（對材料施加磁場產(chǎn)生電流）——傳感器，電子回路元件中應(yīng)用。壓電體BaTiO3與磁滯伸縮鐵氧體NiFe2O4燒結(jié)而成的復(fù)合材料。對該材料施加磁場時會在鐵氧體中產(chǎn)生壓力，此壓力傳遞到BaTiO3，就會在復(fù)合材料中產(chǎn)生電場。最大輸出已達(dá)103V·A。單一成分的Cr2O3也有磁電效應(yīng)，但最大輸出只有約170V·A。三、推導(dǎo)單向板復(fù)合材料中纖維體積分?jǐn)?shù)與纖維半徑的關(guān)系（以正方形陣列為例）。纖維體積：(41/4)r2l=r2l復(fù)合材料體積：(2R)2l=4R2l纖維體積分?jǐn)?shù)：Vf=r2l/(4R2l)=r2/(4R2)纖維間距與纖維體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系：s=2R-2r=2[r2/(4Vf)]1/2-2r=2[(/4Vf)1/2-1]r四、什么是材料復(fù)合的結(jié)構(gòu)效果？試述其內(nèi)涵。結(jié)構(gòu)效果是指在描述復(fù)合材料的性能時，必須考慮組分的幾何形態(tài)、分布形態(tài)和尺度等可變因素。這類效果往往可以用數(shù)學(xué)關(guān)系描述。結(jié)構(gòu)效果包括：1、幾何形態(tài)效果（形狀效果）：決定因素是組成中的連續(xù)相。對于1維分散質(zhì)，當(dāng)分散質(zhì)的性質(zhì)與基體有較大差異時，分散質(zhì)的性能可能會對復(fù)合材料的性能起支配作用。2、分布形態(tài)效果（取向效果）：又可分為幾何形態(tài)分布（幾何體的取向）和物理性能取向：導(dǎo)致復(fù)合材料性能的各向異性，對復(fù)合材料的性能有很大影響。3、尺度效果：影響材料表面物理化學(xué)性能（比表面積、表面自由能）、表面應(yīng)力分布和界面狀態(tài)，導(dǎo)致復(fù)合材料性能的變化。五、簡述單向復(fù)合材料的細(xì)觀力學(xué)分析模型的基本假設(shè)的要點(diǎn)。單元體：宏觀均勻、無缺陷、增強(qiáng)體與基體性能恒定、線彈性。增強(qiáng)體：勻質(zhì)、各向同性、線彈性、定向排列、連續(xù)?；w：勻質(zhì)、各向同性、線彈性。界面：粘結(jié)完好（無孔隙、滑移、脫粘等）、變形協(xié)調(diào)。八、比較彌散增強(qiáng)原理和顆粒增強(qiáng)原理的異同點(diǎn)。1、承擔(dān)載荷的物質(zhì)有異：彌散增強(qiáng)原理：基體承擔(dān)載荷。顆粒增強(qiáng)原理：基體承擔(dān)主要的載荷，顆粒也承受載荷并約束基體的變形。2、顆粒大小及體積分?jǐn)?shù)有異：彌散增強(qiáng)原理：Vp=0.01-0.15，dp=0.001m-0.1m。顆粒增強(qiáng)原理：顆粒尺寸較大（>1m）、顆粒堅(jiān)硬。顆粒直徑為1-50m，顆粒間距為1-25m，顆粒的體積分?jǐn)?shù)為0.05-0.5。顆粒強(qiáng)化效果類似：顆粒阻止基體中位錯運(yùn)動的能力愈大，增強(qiáng)效果愈好。微粒尺寸愈小，體積分?jǐn)?shù)愈高，強(qiáng)化效果愈好。復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度：（彌散增強(qiáng)原理）（顆粒增強(qiáng)原理）九、試推導(dǎo)單向板的橫向彈性模量E2的表達(dá)式。橫向載荷垂直于纖維，等同地作用在纖維和基體上，適用串聯(lián)模型：基體和纖維承受同樣的外加應(yīng)力（）纖維、基體和復(fù)合材料的應(yīng)變分別為：在寬度W上產(chǎn)生的形變增量：，或，可得到：，或，十、討論單向板復(fù)合材料的破壞順序（fu<mu時）。復(fù)合材料的響應(yīng)依賴于基體與纖維破壞應(yīng)變的大小。對于大多數(shù)樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，剛性纖維的破壞應(yīng)變明顯地小于基體的破壞應(yīng)變，即fu<mu，因此，纖維首先破壞，同時將全部載荷轉(zhuǎn)移到基體上。當(dāng)Vf較小時，單向板中纖維斷裂而附加到基體上的額外載荷不足以使基體開裂，基體可以全部承受，此時復(fù)合材料的強(qiáng)度為：當(dāng)Vf較大時，纖維發(fā)生斷裂時，轉(zhuǎn)移到基體上的載荷很大，使基體無法承受全部載荷。因此，當(dāng)纖維斷裂后，基體即刻斷裂，復(fù)合材料的強(qiáng)度為：或fu<mu時，兩種破壞形式變化時的纖維體積含量Vf'（單向板抗拉伸強(qiáng)度1u隨Vf的變化）：十一、垂直于纖維擴(kuò)展的裂紋需要克服哪些斷裂能？對于脆性纖維/脆性基體復(fù)合材料，需要克服的斷裂功：纖維拔出和纖維斷裂（吸收能量）、纖維與基體的脫膠（纖維與基體的界面較弱時：消耗貯存的應(yīng)變能）、應(yīng)力松弛（纖維斷裂時：消耗貯存的應(yīng)變能）、纖維橋連（消耗纖維上的應(yīng)變能）。對于脆性纖維/韌性基體復(fù)合材料，基體的塑性變形（粘接強(qiáng)度很高、纖維無法拔出時：吸收能量）也會增加斷裂功。十二、什么是纖維的長度分布？如何表示？纖維的長度分布是指短切纖維的長度與纖維數(shù)量之間的關(guān)系，對復(fù)合材料的性能有決定性作用。通常用纖維長度的平均值表示，有兩種方法：纖維長度的數(shù)均長度：（Ni：長度為Li的纖維數(shù)量）纖維長度的重均長度：（Wi：長度為Li的纖維質(zhì)量）數(shù)均長度LN低于重均長度LW，在正態(tài)分布時，LN與纖維長度的中值相同。十三、試寫出取向短纖維復(fù)合材料的彈性性能表達(dá)式，給出取向效率因子的計算方法。取向分布的短纖維復(fù)合材料，彈性性能：（0：取向效率因子）取向效率因子0：（Af：一組平行纖維的總的橫截面積；：纖維與外載荷的夾角；Af'：平行于外載荷方向的一組等效纖維的總截面積）十四、試討論短纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度性能。由于纖維長度和體積含量的不同，短纖維復(fù)合材料的縱向強(qiáng)度是不同的，縱向破壞有兩種形式：l<lc/2時，纖維達(dá)不到極限強(qiáng)度，基體破壞后，復(fù)合材料即告破壞；llc/2時，分兩種失效模式：=1\*GB3①纖維體積含量較高時，纖維是主承載體，一旦纖維破壞，復(fù)合材料即告失效；=2\*GB3②纖維體積含量較低時，纖維斷裂后，基體仍能承擔(dān)載荷，直至基體破壞后，復(fù)合材料才告失效，此時，復(fù)合材料的強(qiáng)度：u=mu·Vm對于纖維長度l和直徑d都相同、單向平行排列的短纖維復(fù)合材料，當(dāng)纖維受拉伸應(yīng)力時：c=f·Vf+m·Vm（拉應(yīng)力在纖維端部為0，在纖維中部最大）纖維端部f0為0，fu發(fā)生在（l-lc）的中間部位，因此纖維的平均應(yīng)力f：因此，復(fù)合材料承受的最大應(yīng)力（即復(fù)合材料的強(qiáng)度）（(m)fu：纖維所受拉伸力作用達(dá)到拉伸屈曲破壞應(yīng)力時的基體應(yīng)力）：十五、如何衡量聚合物基體的耐熱性？如何提高聚合物的玻璃化溫度？簡述填料影響聚合物玻璃化溫度的原因。表征聚合物基體耐熱性的物理量是玻璃化溫度Tg，對于結(jié)晶性聚合物則是熔點(diǎn)Tm：玻璃化溫度在宏觀上是指聚合物由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的特征溫度，在微觀上是高分子鏈段開始運(yùn)動的溫度。實(shí)際應(yīng)用中，使用熱變形溫度來表征材料的耐熱性。提高聚合物玻璃化溫度的方法：增加大分子鏈的剛性（提高主鏈的剛性——不飽和共價鍵、環(huán)烴、側(cè)鏈引入極性基團(tuán)、交聯(lián)等）；添加填料。填料影響聚合物玻璃化溫度的原因：改變了聚合物的微觀結(jié)構(gòu)：=1\*GB3①改變了界面層聚合物大分子的斂集密度（一般情況下是密度降低），使分子間作用力發(fā)生改變。=2\*GB3②在界面上，填料——聚合物分子之間發(fā)生作用力，使聚合物大分子鏈段的運(yùn)動受到阻礙，從而使聚合物的玻璃化溫度升高。第三章一、判斷題：判斷以下各論點(diǎn)的正誤。1、不飽和聚酯樹脂是用量最大的聚合物復(fù)合材料基體。（）2、環(huán)氧樹脂是用于耐高溫的熱固性樹脂基體。（）3、熱固性樹脂是一種交聯(lián)的高分子，一般不結(jié)晶；而熱塑性樹脂是線型、結(jié)晶的高分子。（）4、聚酰亞胺是一類分子中含有基團(tuán)的熱固性樹脂。（）1、MMC具有比聚合物基復(fù)合材料更高的比強(qiáng)度和比模量。（）2、MMC具有比其基體金屬或合金更高的比強(qiáng)度和比模量。（）3、原位復(fù)合MMC的增強(qiáng)材料/基體界面具有物理與化學(xué)穩(wěn)定性。（）4、原位復(fù)合法制備MMC的基本思路是為了提高增強(qiáng)材料與基體之間的浸潤性和減少界面反應(yīng)。（）5一般，顆粒及晶須增強(qiáng)MMC的疲勞強(qiáng)度及壽命比基體金屬或合金高。（）6、陶瓷纖維增強(qiáng)MMC的抗蠕變性能高于基體金屬或合金。（）1、陶瓷基復(fù)合材料的制備過程大多涉及高溫，因此僅有可承受上述高溫的增強(qiáng)材料才可被用于制備陶瓷基復(fù)合材料。（）2、化學(xué)氣相浸漬法（CVI）是一種用于多孔預(yù)制體的化學(xué)氣相沉積。（）3、在碳化硅晶須增強(qiáng)氧化鋁陶瓷復(fù)合材料的壓制階段，碳化硅晶須取向于垂直于壓軸方向。（）4、Y2O3加入到ZTA（zirconiatougheningalumina）中是為了促進(jìn)相變形成單斜晶體。（）5、陶瓷復(fù)合材料中，連續(xù)纖維的增韌效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于顆粒增韌的效果。（）6、玻璃陶瓷是含有大量微晶體的陶瓷。（）7、陶瓷基復(fù)合材料的最初失效往往是陶瓷基體的開裂。（）1、所有的天然纖維是有機(jī)纖維，所有的合成纖維是無機(jī)纖維。（）2、聚乙烯纖維是所有合成纖維中密度最低的纖維。（）3、玻璃纖維是晶體，其晶粒尺寸約20m。（）4、氧化鋁纖維僅有-Al2O3晶體結(jié)構(gòu)。（）5、硼纖維是由三溴化硼沉積到加熱的絲芯上形成的。（）6、PAN是SiC纖維的先驅(qū)體。（）7、纖維表面處理是為了使纖維表面更光滑。（）8、Kevlar纖維具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)。（）9、石墨纖維的含碳量、強(qiáng)度和模量都比碳纖維高。（）1、Cf/C是目前唯一可用于溫度高達(dá)2800℃的高溫復(fù)合材料，但必須是在非氧化性氣氛下。（）2、Cf/C的制備方法與MMC的制備方法相類似，如液態(tài)法、固態(tài)法等。（）3、Cf/C已在航空航天、軍事領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，這主要是因?yàn)槠鋬r格便宜、工藝簡便易行，易于推廣應(yīng)用。（）4、單向增強(qiáng)和三維增強(qiáng)的Cf/C的力學(xué)與物理性能（熱膨脹、導(dǎo)熱）為各向同性。（）5、一般沉積碳、瀝青碳以及樹脂碳在偏光顯微鏡下具有相同的光學(xué)特征，即各向同性。（）6、一般酚醛樹脂和瀝青的焦化率基本相同，在高壓下，它們的焦化率可以提高到90%。（）7、采用硼類添加劑，如B2O3、B4C等，Cf/C的抗氧化溫度可提高到600℃左右。（）8、目前，高溫抗氧化保護(hù)涂層已可使Cf/C安全使用溫度達(dá)1650℃，在更高溫度下只能起短時保護(hù)作用。（）二、選擇題：從A、B、C、D中選擇出正確的答案。1、聚酰亞胺的使用溫度一般在：（D）A、120℃以下B、180℃以下C、250℃以下D、250℃以上2、拉擠成型是（A、C）A、低勞動強(qiáng)度、高效率FRP生產(chǎn)方法。B、適于大型、復(fù)雜形狀制品。C、適于恒定截面型材。D、設(shè)備投資少。3、玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料力學(xué)性能受吸濕影響，原因是（B、D）A、環(huán)氧樹脂吸濕變脆。B、水起增塑劑作用，降低樹脂玻璃化溫度。C、纖維吸濕、強(qiáng)度降低。D、破壞纖維與基體界面。4、碳纖維表面處理是為了（A、C、D）A、表面引入活性官能團(tuán)，如羧基、羥基、羰基等。B、表面引入偶聯(lián)劑。C、清除表面污染。D、增加纖維與基體粘結(jié)強(qiáng)度。5、偶聯(lián)劑是這樣一種試劑：（A、C）A、它既能與纖維反應(yīng)，又能與基體反應(yīng)。B、它能與纖維反應(yīng)，但不能與基體反應(yīng)，也不與基體相容。C、它能與纖維反應(yīng)，不與基體反應(yīng)，但與基體相容。D、它不與纖維反應(yīng)，但與基體反應(yīng)或相容。1、通常MMC（metalmatrixcomposite）（B、C）A、采用高熔點(diǎn)、重金屬作為基體。B、要比基體金屬或合金的塑性與韌性差。C、要比基體金屬或合金的工作溫度高。D、要比基體金屬或合金的彈性模量低。2、原位MMC（B、D）A、可以通過壓鑄工藝制備。B、可以通過定向凝固工藝制備。C、可以通過擴(kuò)散結(jié)合或粉末法制備。D、可以通過直接金屬氧化法（DIMOXTM）制備。3、單向纖維增強(qiáng)MMC的縱向拉伸模量（A、D）A、隨纖維體積含量的增加而增加。B、與纖維體積含量無關(guān)，而與纖維和基體的模量有關(guān)。C、與橫向拉伸模量相同。D、與基體的模量有關(guān)。4、在體積含量相同情況下，SiC晶須與顆粒增強(qiáng)MMC（B）A、具有基本相同的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。B、具有基本相同的拉伸模量。C、具有基本相同的斷裂韌性。D、具有基本相同的蠕變性能。5、MMC制備工藝中，固態(tài)法與液態(tài)法相比（A、B）A、增強(qiáng)材料與基體浸潤性要求可以降低。B、增強(qiáng)材料在基體中分布更均勻。C、增強(qiáng)材料僅局限于長纖維。D、增強(qiáng)材料/基體界面反應(yīng)更劇烈（如果存在界面反應(yīng)時）。6、為了改善增強(qiáng)材料與基體浸潤性，制備MMC時，可以通過（A、B、D）A、基體合金化，以降低液態(tài)基體的表面張力。B、基體合金化，以增加液態(tài)基體與增強(qiáng)材料的界面能。C、涂層，增加增強(qiáng)材料的表面能。D、涂層，降低增強(qiáng)材料的表面能。7、MMC中，目前典型的增強(qiáng)材料/基體界面包括有（A、B、C）A、不發(fā)生溶解，也不發(fā)生界面反應(yīng)，如Bf/Al。B、不發(fā)生溶解，但發(fā)生界面反應(yīng)，如Bf/Ti。C、極不容易互相浸潤，但能發(fā)生強(qiáng)烈界面反應(yīng)，如Cf/Al。D、既容易互相浸潤，又不發(fā)生界面反應(yīng)，如SiCf/At。1、漿體是（D）A、一種溶膠。B、丟失一定液體的溶膠。C、顆粒小于100mm的小顆粒在液體中的懸浮液。D、1-50m顆粒在液體中的懸浮液。2、用碳化硅晶須增強(qiáng)氧化鋁陶瓷（A、B）A、提高了抗熱震性。B、降低了熱膨脹系數(shù)。C、減少了熱傳導(dǎo)性。D、增加了密度。3、微裂紋增韌（A、D）A、主要是由于顆粒熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。B、是由于顆?？偺幱诶瓚?yīng)力狀態(tài)。C、是由于顆粒總處于壓應(yīng)力狀態(tài)。D、顆粒的壓力狀態(tài)與熱膨脹系數(shù)失配和壓力大小有關(guān)。4、相變增韌（B、C）A、是由于陶瓷基體中加入的氧化鋯由單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较唷、是由于陶瓷基體中加入的氧化鋯由四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕唷、其增韌機(jī)理是陶瓷基體由于氧化鋯相變產(chǎn)生了微裂紋。D、總是導(dǎo)致陶瓷基復(fù)合材料的強(qiáng)度下降。5、纖維拔出（C、D）A、是纖維在外力作用下與基體的脫離。B、其拔出能總是小于脫粘能。C、其拔出能總是大于脫粘能。D、增韌作用比纖維脫粘強(qiáng)。1、Kevlar纖維（A、B）A、由干噴濕紡法制成。B、軸向強(qiáng)度較徑向強(qiáng)度高。C、強(qiáng)度性能可保持到1000℃以上。D、由化學(xué)沉積方法制成。2、玻璃纖維（A、C、D）A、由SiO2玻璃制成。B、在所有纖維中具有最高的比彈性模量。C、具有短程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。D、價格便宜、品種多。3、氧化鋁纖維（B、C）A、由有機(jī)先驅(qū)體制成。B、通過漿體成型法制成。C、有、、晶型。D、具有較高的比強(qiáng)度。4、SiC纖維（B、C）A、用漿體成型法制成。B、用化學(xué)氣相沉積法制成。C、有時含有W芯。D、常用于聚合物基復(fù)合材料。5、聚乙烯纖維（A、C）A、纖維強(qiáng)度隨分子量增大而增高。B、分子量越大，加工越容易。C、熔點(diǎn)較低，約135℃左右。D、能在200℃使用。6、生產(chǎn)碳纖維的主要原料有（A、B、D）A、瀝青。B、聚丙烯腈。C、聚乙烯。D、人造絲。7、各種纖維在拉伸斷裂前不發(fā)生任何屈服，但在SEM下觀察到（A、D）A、Kevlar纖維呈韌性斷裂，有徑縮及斷面減小。B、碳纖維呈韌性斷裂，有斷面收縮。C、玻璃纖維呈韌性斷裂，有斷面收縮。D、碳纖維、玻璃纖維呈脆性斷裂，無斷面收縮。8、在所有纖維中（A、B、D）A、聚乙烯纖維具有最佳的比模量和比強(qiáng)度搭配。B、碳纖維的比模量最高。C、氧化鋁纖維的比模量和比強(qiáng)度最高。D、玻璃纖維的比模量最低。9、晶須（A、B）

A、是含有缺陷很少的單晶短纖維。B、長徑比一般大于10。C、直徑為數(shù)十微米。D、含有很少缺陷的短纖維。10、顆粒增強(qiáng)體（B、C）

A、是一種粒狀填料。B、用于改善基體的力學(xué)性能。C、可分為剛性和延性顆粒兩種。D、起填充體積作用。1、C/C具有：（B、C）A、比PMC、MMC更高的高溫強(qiáng)度。B、假塑性斷裂特性，在高溫下比陶瓷或石墨的斷裂韌性高。C、優(yōu)異的高溫摩擦摩損特性。D、各向同性的拉伸、壓縮強(qiáng)度和模量。2、C/C可以做為：（A、B、D）A、比石墨性能更好的高溫?zé)釅耗＞摺、軍用或民用飛機(jī)剎車裝置中的摩擦材料。C、航天飛機(jī)的機(jī)翼和鼻錐。D、固體火箭發(fā)動機(jī)噴管的喉襯或噴口部件。3、C/C中的基體碳，可以選用：（A、D）A、瀝青碳。B、天然石墨。C、炭黑。D、瀝青碳、沉積碳和樹脂碳共同作為基體碳。4、C/C的CVD工藝（A、B、C）A、其原理與陶瓷基復(fù)合材料的CVI相同。B、可分為等溫、溫度梯度、壓力梯度以及溫度-壓力梯度等工藝方法。C、該工藝中，為防止孔隙口的堵塞，應(yīng)使擴(kuò)散速度大于沉積速度。D、該工藝中，為防止孔隙口的堵塞，應(yīng)使擴(kuò)散速度小于沉積速度。

5、選擇C/C高溫抗氧化涂層材料的主要關(guān)鍵是：（C）A、涂層材料的高熔點(diǎn)。B、涂層材料高溫抗氧化性和熱膨脹系數(shù)。C、涂層的氧擴(kuò)散滲透率極低和與C/C的熱膨脹系數(shù)匹配性。D、涂層材料高溫?fù)]發(fā)性。三、不飽和聚酯樹脂的基本配方是什么？各起什么作用？不飽和聚酯樹脂的基本配方：不飽和聚酯：主要成分稀釋劑：稀釋作用（降低聚酯粘度），參與樹脂固化，如苯乙烯。引發(fā)劑：分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)樹脂聚合（交聯(lián)、固化），如BPO。促進(jìn)劑：誘導(dǎo)引發(fā)劑分解，加快樹脂固化，如環(huán)烷酸鈷。其它成分：顏料、增稠劑、熱塑性低收縮劑等。七、如何改善聚合物的耐熱性能？產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)（對于熱固性樹脂、有機(jī)硅樹脂等，工藝條件影響聚合物的交聯(lián)密度）。增加高分子鏈的剛性（引進(jìn)不飽和共價鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)（脂環(huán)、芳環(huán)、雜環(huán)）、引入極性基團(tuán)）。提高聚合物分子鏈的鍵能，避免弱鍵的存在（例：以C-F鍵完全取代C-H鍵，可大大提高聚合物的熱穩(wěn)定性）。形成結(jié)晶聚合物，結(jié)晶聚合物的熔融溫度大大高于相應(yīng)的非結(jié)晶聚合物。八、簡述不飽和聚酯樹脂基體的組成、代表物質(zhì)及作用。主要成分：不飽和聚酯樹脂，按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為順酐型、丙烯酸型、丙烯酸環(huán)氧酯型聚酯樹脂。輔助材料：交聯(lián)劑、引發(fā)劑和促進(jìn)劑交聯(lián)劑：烯類單體，既是溶劑，又是交聯(lián)劑。能溶解不飽和聚酯樹脂，使其雙鍵間發(fā)生共聚合反應(yīng)，得到體型產(chǎn)物，以改善固化后樹脂的性能。常用的交聯(lián)劑：苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、鄰苯二甲酸二丙烯酯、乙烯基甲苯等。引發(fā)劑：一般為有機(jī)過氧化物，在一定的溫度下分解形成游離基，從而引發(fā)不飽和聚酯樹脂的固化。常用的引發(fā)劑：過氧化二異丙苯[C6H5C(CH3)2]2O2、過氧化二苯甲酰(C6H5CO)2O2。促進(jìn)劑：把引發(fā)劑的分解溫度降到室溫以下。對過氧化物有效的促進(jìn)劑：二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺等。對氫過氧化物有效的促進(jìn)劑：具有變價的金屬鈷：環(huán)烷酸鈷、萘酸鈷等。九、簡述不飽和聚酯樹脂的固化特點(diǎn)。不飽和聚酯樹脂的固化是放熱反應(yīng)，可分為三個階段：膠凝階段：從加入促進(jìn)劑到不飽和聚酯樹脂變成凝膠狀態(tài)的時間，是固化過程最重要的階段。影響膠凝時間的因素：阻聚劑、引發(fā)劑和促進(jìn)劑的加入量，交聯(lián)劑的蒸發(fā)損失，環(huán)境溫度和濕度等。硬化階段：從樹脂開始膠凝到具有一定硬度，能把制品從模具上取下為止的時間。完全固化階段：通常在室溫下進(jìn)行，可能需要幾天至幾星期。十、簡述復(fù)合材料中金屬基體的選擇原則。1、根據(jù)金屬基復(fù)合材料的使用要求：金屬基復(fù)合材料構(gòu)（零）件的使用性能要求是選擇金屬基體材料的最重要的依據(jù)。例：航空、航天領(lǐng)域：高比強(qiáng)度、高比模量、尺寸穩(wěn)定性是最重要的性能要求，這就需要組成連續(xù)纖維石墨/鎂、石墨/鋁、硼/鋁復(fù)合材料。2、根據(jù)金屬基復(fù)合材料的組成特點(diǎn)：對于連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，不要求基體有很高的強(qiáng)度，對于非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（顆粒、晶須、短纖維），基體承擔(dān)主要載荷，要求高強(qiáng)度。3、根據(jù)金屬基體與增強(qiáng)材料的界面狀態(tài)和相容性選擇金屬基體時，盡量避免基體與增強(qiáng)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時應(yīng)注意基體與增強(qiáng)材料的相容性，基體和增強(qiáng)材料應(yīng)該有較好的浸潤性。十一、簡述金屬基功能復(fù)合材料的應(yīng)用。用于微電子技術(shù)的電子封裝：基體主要是純鋁和純銅，高含量碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基（銅基）復(fù)合材料（SiCp/Al、Cu），高模量石墨纖維增強(qiáng)鋁基（銅基）復(fù)合材料（Cf/Al、Cu），金剛石顆?；蚨嗑Ы饎偸w維/鋁（銅）復(fù)合材料，硼纖維/鋁復(fù)合材料等。用于耐電弧燒蝕的集電材料和電觸頭材料：碳（石墨）纖維、金屬絲、陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁、銅、銀及其合金等金屬基復(fù)合材料。用于耐腐蝕的電池極板材料：Cf/Al復(fù)合材料。用于耐磨零部件：碳化硅、氧化鋁、石墨顆粒、晶須、纖維等增強(qiáng)鋁、鎂、銅、鋅、鉛等金屬基復(fù)合材料。十二、如何改善陶瓷的強(qiáng)度？減少陶瓷內(nèi)部和表面的裂紋：含有裂紋是材料微觀結(jié)構(gòu)的本征特性。微觀夾雜、氣孔、微裂紋等都能成為裂紋源，材料對表面裂紋（劃傷、擦傷）也十分敏感。提高斷裂韌性（KIC）：采用復(fù)合化的途徑，添加陶瓷粒子、纖維或晶須，引入各種增韌機(jī)制（增加裂紋的擴(kuò)散阻力及裂紋斷裂過程消耗的能量），可提高陶瓷的韌性。十三、簡述氮化硅陶瓷的燒結(jié)方法及其特點(diǎn)。氮化硅陶瓷中，Si-N是高強(qiáng)度共價鍵，難以燒結(jié)。氮化硅陶瓷有兩種燒結(jié)方法：1、反應(yīng)燒結(jié)：硅粉、氮化硅粉混合預(yù)成型預(yù)氮化（1200℃）二次氮化（1350-1450℃）反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷。Si3N4形成時伴隨21.7%的體積膨脹，獲得無收縮燒結(jié)氮化硅。2、熱壓燒結(jié)：粉末狀Si3N4、燒結(jié)助劑MgO（1wt%）等，在石墨坩堝中，通過感應(yīng)加熱、單向加壓燒結(jié)（1650-1850℃，15-30MPa，1-4h）。MgO的作用：與SiO2膜作用生成熔融硅酸鎂，使氮化硅高度致密化。熱壓燒結(jié)氮化硅只能制備形狀簡單的（如圓柱形）實(shí)體坯件，其制品須經(jīng)過機(jī)械加工才能達(dá)到要求的形狀和尺寸。十四、玻璃纖維為何具有高強(qiáng)度？試討論影響玻璃纖維強(qiáng)度的因素。玻璃的理論強(qiáng)度很高（2000-12000MPa），但是由于微裂紋的存在，產(chǎn)生應(yīng)力集中，發(fā)生破壞，從而降低了玻璃的強(qiáng)度。玻璃纖維經(jīng)高溫成型時減少了玻璃溶液的不均一性，使得裂紋產(chǎn)生的機(jī)會減少；同時，玻璃纖維的橫截面較小，微裂紋存在的幾率也減少，導(dǎo)致玻璃纖維強(qiáng)度較高。影響玻璃纖維強(qiáng)度的因素：1、化學(xué)組成：不同的玻璃纖維（不同系統(tǒng)），強(qiáng)度有很大差別。一般來說，含堿量越高（K2O、PbO），玻璃纖維的強(qiáng)度越低。2、玻璃纖維的直徑和長度：隨著玻璃纖維的直徑和長度的減小，微裂紋的數(shù)量和尺寸相應(yīng)地減小，從而提高了玻璃纖維的強(qiáng)度。3、存放時間：玻璃纖維存放一定時間后，由于空氣中的水分對玻璃纖維的侵蝕，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。4、施加負(fù)荷時間：玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度隨著施加負(fù)荷時間的增加而降低，當(dāng)環(huán)境濕度較高時更加明顯。原因：吸附在微裂紋中的水分，在外力作用下，加速微裂紋的擴(kuò)展，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。十五、簡述玻璃纖維制造過程中浸潤劑的作用。簡述浸潤劑的種類及其特點(diǎn)。浸潤劑的作用：使玻璃纖維黏合集束；增加潤滑、防止磨損；消除靜電、防止玻璃纖維原絲粘結(jié)；保證拉絲和紡織工序的順利進(jìn)行。浸潤劑的類型：1、紡織型浸潤劑：主要成分：石蠟、凡士林、硬酯酸、變壓器油、固色劑、表面活性劑、水。能滿足紡織加工的需要，但嚴(yán)重地阻礙樹脂對玻璃布的浸潤，影響樹脂與玻璃纖維的粘結(jié)。含有石蠟乳劑的玻璃纖維及其制品使用時，要經(jīng)過脫蠟處理。2、增強(qiáng)型浸潤劑：主要成分：成膜劑（水溶性樹脂和樹脂乳液）、偶聯(lián)劑、潤滑劑、潤濕劑、抗靜電劑等。這類浸潤劑對玻璃鋼的性能影響不大，浸膠（浸潤樹脂）前不需要清除。這種浸潤劑在紡織時易使玻璃纖維起毛，一般用于生產(chǎn)無捻粗紗、無捻粗紗織物及短切纖維、短切纖維氈。十六、簡述聚丙烯腈基碳纖維的制造工藝。聚丙烯腈纖維的組成：丙烯腈（約96%）、丙烯酸甲酯（約3%）、亞甲基丁二酸（約1%-1.5%）。碳纖維的制造工藝分為三步：1、穩(wěn)定化處理：氧化性氣氛中、200-300℃。預(yù)氧化過程的目的：使鏈狀聚丙烯腈分子發(fā)生交聯(lián)、環(huán)化、氧化、脫氫等化學(xué)反應(yīng)，形成耐熱的梯形結(jié)構(gòu)，以承受更高的碳化溫度、提高碳化收率、改善力學(xué)性能。穩(wěn)定化處理過程中先驅(qū)絲一直保持牽伸狀態(tài)。2、預(yù)氧絲的碳化處理：在高純惰性氣氛和一定張力下，將預(yù)氧絲加熱至1000-1500℃發(fā)生熱分解，以除去非碳原子（N、H、O等），形成亂層石墨結(jié)構(gòu)，生成碳含量約95wt%的碳纖維。3、碳纖維的石墨化處理：在高純氬氣保護(hù)下，快速升溫至2000-3000℃，碳纖維中殘留的非碳原子進(jìn)一步脫除，亂層石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為類似石墨的結(jié)晶狀態(tài)。對纖維繼續(xù)施加牽伸力，使石墨晶體的六角層平面平行于纖維軸取向。十七、舉例說明碳纖維的應(yīng)用。作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體。航空、航天工業(yè)：主承力結(jié)構(gòu)材料（機(jī)體、艙門、主翼、尾翼）；次承力構(gòu)件（Cf/環(huán)氧樹脂：起落架、發(fā)動機(jī)艙、整流罩）；防熱材料（火箭噴嘴、鼻錐（Cf/C））。交通運(yùn)輸：汽車傳動軸、構(gòu)架，制造快艇、巡邏艇。運(yùn)動器材：釣魚竿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、滑雪板、賽艇（Cf/環(huán)氧樹脂）。例：碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料：軍事領(lǐng)域（Cf/Al復(fù)合材料：直升機(jī)、導(dǎo)彈、坦克、魚雷）、人造衛(wèi)星、天線等方面的應(yīng)用；軸承和高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)電刷方面的應(yīng)用（Cf/Cu、Cf/Ag、碳纖維/青銅等復(fù)合材料）；蓄電池極板的應(yīng)用（Cf/Al復(fù)合材料）。例：碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料：碳纖維增強(qiáng)氧化硅，航空、航天工業(yè)的候選材料，制作偵察衛(wèi)星上支撐攝像機(jī)的平臺。碳/碳復(fù)合材料：用作發(fā)動機(jī)葉片、防熱板、火箭噴管喉襯以及導(dǎo)彈、航天飛機(jī)上的其它零部件。第四章一、判斷題：判斷以下各論點(diǎn)的正誤。1、基體與增強(qiáng)體的界面在高溫使用過程中不發(fā)生變化。（）2、比強(qiáng)度和比模量是材料的強(qiáng)度和模量與其密度之比。（）3、浸潤性是基體與增強(qiáng)體間粘結(jié)的必要條件，但非充分條件。（）4、基體與增強(qiáng)體間界面的模量比增強(qiáng)體和基體高，則復(fù)合材料的彈性模量也越高。（）5、界面間粘結(jié)過強(qiáng)的復(fù)合材料易發(fā)生脆性斷裂。（）6、脫粘是指纖維與基體完全發(fā)生分離的現(xiàn)象。（）7、混合法則可用于任何復(fù)合材料的性能估算。（）8、纖維長度l<lc時，纖維上的拉應(yīng)力達(dá)不到纖維的斷裂應(yīng)力。（）二、選擇題：從A、B、C、D中選擇出正確的答案。1、復(fù)合材料界面的作用（B）A、僅僅是把基體與增強(qiáng)體粘結(jié)起來。B、將整體承受的載荷由基體傳遞到增強(qiáng)體。C、總是使復(fù)合材料的性能得以改善。D、總是降低復(fù)合材料的整體性能。2、浸潤性（A、D）A、當(dāng)sl+lv<sv時，易發(fā)生浸潤。

B、當(dāng)sl+lv>sv時，易發(fā)生浸潤。

C、接觸角=0時，不發(fā)生浸潤。D、是液體在固體上的鋪展。3、增強(qiáng)材料與基體的作用是（A、D）A、增強(qiáng)材料是承受載荷的主要組元。B、基體是承受載荷的主要組元。C、增強(qiáng)材料和基體都是承受載荷的主要組元。D、基體起粘結(jié)作用并起傳遞應(yīng)力和增韌作用。4、混合定律（A）A、表示復(fù)合材料性能隨組元材料體積含量呈線性變化。B、表示復(fù)合材料性能隨組元材料體積含量呈曲性變化。C、表達(dá)了復(fù)合材料的性能與基體和增強(qiáng)體性能與含量的變化。D、考慮了增強(qiáng)體的分布和取向。5、剪切效應(yīng)是指（A）A、短纖維與基體界面剪應(yīng)力的變化。B、在纖維中部界面剪應(yīng)力最大。C、在纖維末端界面剪應(yīng)力最大。D、在纖維末端界面剪應(yīng)力最小。6、纖維體積分量相同時，短纖維的強(qiáng)化效果趨于連續(xù)纖維必須（C）A、纖維長度l=5lc。B、纖維長度l<5lc。C、纖維長度l=5-10lc。D、纖維長度l>10lc。。7、短纖維復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的主要原因（A、B）A、短纖維比連續(xù)纖維便宜。B、連續(xù)纖維復(fù)合材料的制造方法靈活。C、短纖維復(fù)合材料總是各相同性。D、使短纖維定向排列比連續(xù)纖維容易。8、當(dāng)纖維長度l>lc時，纖維上的平均應(yīng)力（A、C）A、低于纖維斷裂應(yīng)力。B、高于纖維斷裂應(yīng)力。C、正比于纖維斷裂應(yīng)力。D、與l無關(guān)。三、氧化鋁纖維和SiC纖維的密度分別為3.3g/cm3和2.6g/cm3，若對這兩種纖維進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，在拉伸試驗(yàn)中直到纖維失效時的變形為彈性變形，平均拉伸強(qiáng)度和失效應(yīng)變氧化鋁纖維為1500MPa和0.4%，SiC纖維為2300MPa和1.0%。計算這兩種纖維的比模量和比強(qiáng)度。解答：比模量GPa/(g/cm3)：氧化鋁纖維113.6；碳化硅纖維88.5。比強(qiáng)度MPa/(g/cm3)：氧化鋁纖維454.5；碳化硅纖維884.6。四、直徑7m、長度2mm的碳纖維單向增強(qiáng)聚碳酸脂基體，纖維的拉伸強(qiáng)度和纖維與基體的界面強(qiáng)度分別為2.5GPa和12.5GPa。計算(1)臨界纖維長度lc和(2)長度方向復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。解答：(1)lc=0.7mm；(2)843MPa。五、采用XDTM法制備TiC/Al，為什么需要采用(1)一定粒度的Ti、Al和碳粉；(2)按一定量比例進(jìn)行混合后，壓制成預(yù)制體；(3)加熱至一定反應(yīng)溫度?采用XDTM法可以制備出Al4C3/Ti或TiC/Al4C3/Al嗎?為什么?解答：從Ti、Al、C的互相反應(yīng)熱力學(xué)去考慮。六、已知含20vol%SiCp/A1在350℃和應(yīng)力為50MPa時的蠕變速率為1.510-7S-1，該材料的蠕變應(yīng)力指數(shù)n為15。計算在350℃，當(dāng)應(yīng)力增加到60MPa時該材料的蠕變速率。解答：2.310-6S-1。七、根據(jù)下圖，討論為什么在相同體積含量下，SiC晶須增強(qiáng)MMC強(qiáng)度（抗拉與屈服強(qiáng)度）均高于顆粒增強(qiáng)MMC，而這兩者的彈性模量相差不大。解答：從混合定律及晶須與顆粒的強(qiáng)度與模量考慮。八、已知1400℃時Al2O3的氧擴(kuò)散滲透率為310-10g/cm·s，密度為1.9g/cm3，厚度為20cm的C/C涂覆Al2C3后在1400℃、100小時后的氧化失重率為1%，計算此時Al2O3涂層至少應(yīng)需的厚度為多少?（式中，當(dāng)C/C中碳氧化為CO，K=0.75）解答：R為C/C復(fù)合材料的氧化速率，單位：%/h；K為常數(shù)，當(dāng)C/C復(fù)合材料中碳氧化生成CO，K=0.75；為C/C復(fù)合材料的體密度，單位為g/cm3；x為C/C復(fù)合材料構(gòu)件截面厚度的1/2，單位為cm；h為涂層厚度，單位為cm；M為涂層的氧擴(kuò)散滲透率，單位為g/cm·s。4.26m。九、試述影響復(fù)合材料性能的因素?；w和增強(qiáng)材料（增強(qiáng)體或功能體）的性能；復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和成型技術(shù)；復(fù)合材料中增強(qiáng)材料與基體的結(jié)合狀態(tài)（物理的和化學(xué)的）及由此產(chǎn)生的復(fù)合效應(yīng)。十、復(fù)合材料的界面具有怎樣的特點(diǎn)？界面相的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和物理性能與增強(qiáng)材料和基體的均不相同，對復(fù)合材料的整體性能產(chǎn)生重大影響。界面具有一定的厚度（約幾個納米到幾個微米），厚度不均勻。材料特性在界面是不連續(xù)的，這種不連續(xù)性可能是陡變的，也可能是漸變的。材料特性包括元素的濃度、原子的配位、晶體結(jié)構(gòu)、密度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)等。十一、什么是浸潤？如何描述浸潤程度的大小？試討論影響潤濕角大小的因素。浸潤：固-氣界面被固-液界面置換的過程，用于描述液體在固體表面上自動鋪展的程度。固體表面的潤濕程度可以用液體分子對其表面的作用力大小來表征，具體來說就是接觸角。Young公式討論了液體對固體的潤濕條件：降低液-固表面能和液-氣表面能或者增大固-氣表面能有助于潤濕。=0（lv=sv-sl），完全浸潤；0<<90（lv>sv-sl>0），部分浸潤；>90（sv<sl），完全不浸潤。影響接觸角（潤濕角）大小的因素：固體表面的原始狀態(tài)，例：吸附氣體、氧化膜等均使接觸角增大。固體表面粗糙度增加將使接觸角減小。固相或液相的夾雜、相與相之間化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物都將影響潤濕性。原因：夾雜或反應(yīng)產(chǎn)物改變了固相的性質(zhì)和固相的表面粗糙度。十二、如何改善基體對增強(qiáng)材料的潤濕性？1、纖維表面處理：清除纖維表面的雜質(zhì)、氣泡、用化學(xué)方法去除纖維表面的氧化膜，或者表面涂層，這些操作都能增進(jìn)液態(tài)基體對纖維的潤濕性。2、變更基體成分：對于金屬基復(fù)合材料，合金化改善潤濕性最方便、有效。加入合金元素后，角的變化還與熔化時間有關(guān)。3、改變溫度：一般，提高制造溫度可以增加潤濕性，但是，過高的溫度會產(chǎn)生一些不利影響：基體嚴(yán)重過熱、氧化、基體與增強(qiáng)材料在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、增強(qiáng)材料損傷等。4、增加液體壓力：對于不潤濕的情況，必須施加大于Pc（）的外壓才能使液體滲入纖維束。5、改變加工氣氛：sv和lv值隨氣體性質(zhì)的不同而變化，因此改變制造過程中的環(huán)境氣氛可以控制液體與固體之間的潤濕狀況。固體或液體表面吸附某種氣體，也可以改變sv或lv。十三、簡述玻璃纖維表面化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及反應(yīng)性的特點(diǎn)。玻璃纖維整體化學(xué)組成包含Si、O、Al、Ca、Mg、B、F、Na等，但其表面只含有Si、O、Al。玻璃纖維的結(jié)構(gòu)與塊狀玻璃相似：由三維空間的不規(guī)則連續(xù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，陽離子位于多面體中心，被一定數(shù)目的O2-包圍，在玻璃內(nèi)部陽離子與陰離子的作用力處于平衡狀態(tài)。玻璃表面的陽離子不能獲得所需數(shù)量的O2-，因而產(chǎn)生一種表面力，此表面力與表面張力、表面吸濕性密切相關(guān)，有吸附外界物質(zhì)的傾向。玻璃纖維表面會吸附多層水分子膜，表面吸附的水與玻璃組成的中的堿金屬或堿土金屬作用，在玻璃表面形成-OH基：Si-OD+H2OSi-OH+D++OH-（D：堿金屬或堿土金屬）玻璃纖維上所吸附的水具有明顯的堿性，將進(jìn)一步與二氧化硅網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)：Si-O-Si+OH-Si-OH+Si-O-反應(yīng)中生成的Si-O-將繼續(xù)與水反應(yīng)形成另外的OH-：Si-O-+H2OSi-OH+OH-這樣，表面的吸附水就破壞了玻璃纖維中的SiO2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，玻璃纖維成分中含堿量愈高，吸附水對SiO2骨架的破壞愈大，纖維強(qiáng)度下降就愈大。玻璃纖維表面的反應(yīng)性主要是由表面明顯的堿性和Si-OH基團(tuán)所決定。Si-OH基團(tuán)具有一般活性基團(tuán)所具有的反應(yīng)性質(zhì)，這種性質(zhì)是纖維表面改性、改善纖維與樹脂基體界面粘結(jié)的有利條件。十四、簡述復(fù)合材料的界面結(jié)合類型及其特點(diǎn)。1、機(jī)械結(jié)合：增強(qiáng)材料與基體之間僅依靠純粹的粗糙表面相互嵌入（互鎖）作用進(jìn)行連接（摩擦力），沒有化學(xué)作用。影響機(jī)械結(jié)合的因素：增強(qiáng)材料與基體的性質(zhì)、纖維表面的粗糙度、基體的收縮（正壓力）有利于纖維箍緊。2、溶解與浸潤結(jié)合：在復(fù)合材料的制造過程中，由單純的浸潤和溶解作用，使增強(qiáng)材料和基體形成交錯的溶解擴(kuò)散界面，是一種次價鍵力的結(jié)合。（當(dāng)基體的基團(tuán)或分子與增強(qiáng)材料表面間距小于0.5nm時，次價鍵力就發(fā)生作用。次價鍵力包括誘導(dǎo)力、色散力、氫鍵等。）形成溶解與浸潤結(jié)合的基本條件：增強(qiáng)材料與基體間的接觸角小于90，增強(qiáng)材料與基體間有一定的溶解能力。3、反應(yīng)界面結(jié)合：基體與增強(qiáng)材料間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在界面上形成新的化合物、以主價鍵力相互結(jié)合。這是一種最復(fù)雜、最重要的結(jié)合方式。反應(yīng)結(jié)合受擴(kuò)散控制，擴(kuò)散包括反應(yīng)物質(zhì)在組分物質(zhì)中的擴(kuò)散（反應(yīng)初期）和在反應(yīng)產(chǎn)物中的擴(kuò)散（反應(yīng)后期）。要實(shí)現(xiàn)良好的反應(yīng)結(jié)合，必須選擇最佳的制造工藝參數(shù)（溫度、壓力、時間、氣氛等）來控制界面反應(yīng)的程度。界面反應(yīng)層是非常復(fù)雜的組成，有時發(fā)生多個反應(yīng)，產(chǎn)生交換反應(yīng)結(jié)合。界面的反應(yīng)產(chǎn)物大多是脆性物質(zhì)，達(dá)到一定厚度時，界面上的殘余應(yīng)力可使其發(fā)生破壞，因此，界面結(jié)合先隨反應(yīng)程度提高而增加結(jié)合強(qiáng)度，但反應(yīng)達(dá)到一定程度后，界面結(jié)合有所減弱。4、混合結(jié)合：上述界面結(jié)合方式的混合，實(shí)際情況中發(fā)生的重要的界面結(jié)合形式。十五、簡述影響增強(qiáng)材料與基體粘結(jié)性能的因素。固-液復(fù)合過程中，固體表面與液體的浸潤性。不同組分的分子或原子彼此相互接近時的狀態(tài)，形成化學(xué)結(jié)合時相互作用的強(qiáng)弱。化學(xué)結(jié)合的形式（主價鍵結(jié)合：共價鍵、離子鍵、金屬鍵等；次價鍵作用：靜電作用、誘導(dǎo)力、色散力、氫鍵、分子間的擴(kuò)散等）。十六、試討論碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的界面反應(yīng)。碳纖維表面含有氧原子，以羥基、羰基、羧基、內(nèi)酯基形式存在，這些基團(tuán)可以與樹脂基體中的胺基、環(huán)氧基等基團(tuán)形成氫鍵。但是，碳纖維表面的這些含氧基團(tuán)的濃度很低，反應(yīng)的活性點(diǎn)很稀少，需要通過表面改性以減小碳纖維表面晶棱尺寸、增加表面積以及增加碳纖維表面含氧基團(tuán)。例：碳纖維的氧化處理：氧含量顯著增加，氧化過程分別產(chǎn)生羥基、羰基、羧基，并可能以環(huán)狀官能團(tuán)形式存在。胺固化的環(huán)氧樹脂中的胺基能與碳纖維表面的羧基形成氫鍵，環(huán)氧基也能與羥基和羧基形成氫鍵，在過量單體和較高溫度時，這些氫鍵就轉(zhuǎn)變成共價鍵。十七、試討論玻璃纖維增強(qiáng)混凝土中玻璃受到侵蝕的類型及其防護(hù)方法。中堿、無堿玻璃纖維在硅酸鹽水泥水化物中受到侵蝕，導(dǎo)致玻璃纖維增強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度大幅度下降，甚至喪失殆盡。=1\*GB3①化學(xué)侵蝕：水泥水化生成的Ca(OH)2與玻璃纖維的硅氧骨架之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水化硅酸鈣，當(dāng)水泥液相中有NaOH、KOH存在時會加速反應(yīng)。=2\*GB3②應(yīng)力侵蝕：由于玻璃纖維表面存在缺陷，水泥水化生成的晶體可進(jìn)入這些缺陷中，在缺陷端部造成應(yīng)力集中并使缺陷擴(kuò)展。防止水泥水化物對玻璃纖維侵蝕的措施：=1\*GB3①改變玻璃纖維的化學(xué)組分。例：加入較多量的ZrO2可提高玻璃纖維的抗堿性。=2\*GB3②對玻璃纖維表面進(jìn)行被覆處理，以隔絕水泥水化物對纖維的侵蝕。例：可用鋯、鈦、鋅、鋁等金屬的水溶性鹽對玻璃纖維進(jìn)行處理；也可用抗堿性好的樹脂（環(huán)氧樹脂、呋喃）對玻璃纖維進(jìn)行浸漬處理而后使之固化。=3\*GB3③使用水化物堿度低的水泥以減緩或防止對玻璃纖維的侵蝕。例：采用水化產(chǎn)物中Ca(OH)2含量低的甚至無Ca(OH)2的水泥（高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥）。十八、試討論硼纖維-鋁基復(fù)合體系的界面反應(yīng)及其防護(hù)。B在高溫下，除Ag、Cu、Sn、Be外，可以與其它金屬發(fā)生反應(yīng)生成不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，形成脆性的反應(yīng)層。硼纖維和鋁的界面反應(yīng)由于滲入氧生成氧化物而發(fā)生破壞，即B2O3層的破壞。當(dāng)鋁的純度較高時，在纖維上生成AlB2：Al+2BAlB22B+3OB2O3碳化硅涂層能使硼纖維具有突出的抗氧化性。因?yàn)榕鸾佑|不到鋁，硼化物的形成完全被抑制。鋁與硅不形成化合物，而鋁與碳的反應(yīng)在碳化硅存在的情況下，在熱力學(xué)上是非常困難的。硼或鋁穿過碳化硅移動的擴(kuò)散系數(shù)在800K時非常小，2.5m的碳化硅層已足以阻擋擴(kuò)散。十九、什么是增強(qiáng)材料的表面處理？簡述偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)及作用。表面處理是在增強(qiáng)材料的表面涂覆上表面處理劑（包括浸潤劑、偶聯(lián)劑、助劑等物質(zhì)），它有利于增強(qiáng)材料與基體間形成良好的粘結(jié)界面，從而達(dá)到提高復(fù)合材料各種性能的目的。偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)：分子兩端含有性質(zhì)不同的基團(tuán)，一端的基團(tuán)與增強(qiáng)材料表面發(fā)生化學(xué)作用或物理作用，另一端的基團(tuán)則能和基體發(fā)生化學(xué)作用或物理作用，從而使增強(qiáng)材料與基體很好地偶聯(lián)起來，獲得良好的界面粘結(jié)，改善了多方面的性能，并有效地抵抗水的侵蝕。二十、試討論玻璃纖維的表面處理中偶聯(lián)劑用量的確定及影響表面處理效果的因素。偶聯(lián)劑的用量會影響最后處理效果，在實(shí)際應(yīng)用中起偶聯(lián)作用的是偶聯(lián)劑單分子層。過多地使用偶聯(lián)劑是不必要和有害的。每種偶聯(lián)劑的實(shí)際最佳用量，多數(shù)要從實(shí)驗(yàn)中確定。偶聯(lián)劑用量也可采用計算法求得：100g給定被處理的增強(qiáng)材料的表面積，被1g硅烷偶聯(lián)劑的最小涂覆面積除，即得該硅烷偶聯(lián)劑在100g此種被處理材料上涂覆一單分子層時所需要的量。偶聯(lián)劑在被處理材料表面上的涂覆并非只是單分子層，被處理材料單絲之間的間隙中往往比表面上含有更多的偶聯(lián)劑，也不能保證偶聯(lián)劑分子全部涂覆在被處理材料的表面上，所以，偶聯(lián)劑的實(shí)際用量應(yīng)高于上述計算值。影響處理效果的因素：處理方法的影響：不同的處理方法會影響處理效果。一般來說，前處理法的效果最為明顯。烘焙溫度的選擇：溫度過低不起反應(yīng)，達(dá)不到應(yīng)有的偶聯(lián)效果；溫度過高會引起偶聯(lián)劑分解和自聚等不良后果，以致嚴(yán)重影響偶聯(lián)效果。烘焙時間的選擇：烘焙時間應(yīng)選擇在一定烘焙溫度下偶聯(lián)劑與玻璃纖維表面的偶聯(lián)反應(yīng)能充分進(jìn)行。隨著烘焙時間的延長，被處理玻璃纖維的憎水性有所提高，但是處理時間過長生產(chǎn)效率就低。一般采用高溫短時間的烘焙制度。處理液的配制及使用：直接影響處理效果，應(yīng)該嚴(yán)格控制處理液的pH值，以抑制水解產(chǎn)物的自行縮合。在整個處理過程中，對處理液的pH值應(yīng)不斷調(diào)節(jié)。二十一、試述碳纖維的表面處理方法及作用效果：1、表面浸涂有機(jī)化合物：采用類似紡織中的漿紗工藝，在碳纖維表面涂覆含有反應(yīng)性端基的樹脂（羥端基的丁二烯/丙烯酸共聚物等），以改善碳纖維的界面粘結(jié)性。2、表面涂覆無機(jī)化合物：=1\*GB3①表面上沉積無定形碳：在高模量結(jié)晶型碳纖維表面加涂一層低模量無定形碳，無定形碳活性大，易與樹脂浸潤，提高界面粘結(jié)力，能顯著提高碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。=2\*GB3②加涂碳化物：用化學(xué)氣相沉積（CVD）的方法加涂碳化物。3、表面化學(xué)處理：=1\*GB3①臭氧氧化法：臭氧極易分解成一個氧分子和一個新生態(tài)活潑氧原子，氧化碳纖維表面的不飽和碳原子，生成含氧官能團(tuán)。=2\*GB3②陽極電解氧化法：靠電解產(chǎn)生的新生態(tài)氧對碳纖維表面進(jìn)行氧化和腐蝕，碳纖維表面被氧化腐蝕，使比表面積增大、化學(xué)基團(tuán)增加。=3\*GB3③鹽溶液處理：先浸涂甲酸、乙酸、硝酸等的銅、鉛、鈷等鹽類溶液，然后在空氣或氧氣中于200-600℃下氧化，使碳纖維表面粗糙而達(dá)到改善效果。第五章一、簡述陶瓷基復(fù)合材料的特點(diǎn)及制造步驟。陶瓷基復(fù)合材料的特點(diǎn)：Ef和Em的數(shù)量級相當(dāng)；陶瓷基體的韌性有限；增強(qiáng)材料與陶瓷基體之間的熱膨脹系數(shù)不匹配、化學(xué)相容性問題突出。陶瓷基復(fù)合材料的制造通常分為兩個步驟：將增強(qiáng)材料摻入未固結(jié)（或粉末狀）的基體材料中排列整齊或均勻混合；運(yùn)用各種加工條件在盡量不破壞增強(qiáng)材料和基體性能的前提下制成復(fù)合材料制品。二、簡述連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的料漿浸漬-熱壓燒結(jié)工藝及其優(yōu)、缺點(diǎn)。料漿浸漬-熱壓燒結(jié)工藝：纖維通過含有超細(xì)陶瓷基體粉末的料漿使之浸漬，浸掛料漿的纖維纏繞在卷筒上，烘干、切割，得到纖維無緯布；纖維無緯布裁剪、鋪層排列、熱壓燒結(jié)得到陶瓷基復(fù)合材料。浸漬料漿的組成：陶瓷基體超細(xì)粉末、溶劑（水或甲醇）、有機(jī)粘結(jié)劑，有時還加入促進(jìn)劑和潤濕劑（提高纖維在料漿中的浸潤性）。料漿中的陶瓷粉體粒徑應(yīng)小于纖維直徑，并能懸浮于料漿中；纖維應(yīng)選用容易分散的、捻數(shù)低