宓合材料愛習(xí)資料

1復(fù)合材料的定義？

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。復(fù)合后

的產(chǎn)物為固體時才稱為復(fù)合材料，若為氣體或液體，就不能成為復(fù)合材料。

2復(fù)合材料的分類：

1）按基體材料類型分為：聚合物基復(fù)合材料：金屬基復(fù)合材料；無機(jī)非金屬基復(fù)合材料。（始

終有基字）

2）按增強(qiáng)材料分為：玻璃纖維復(fù)合材料；碳纖維復(fù)合材料；有機(jī)纖維復(fù)合材料；金屬纖維復(fù)合

材料；陶瓷纖維復(fù)合材料（始終有纖維二字）

3）按用途分為：功能復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。（兩種的區(qū)別）

結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要用做承載力和此承載力結(jié)構(gòu)，要求它質(zhì)量輕、強(qiáng)度和剛度高，且能承受一

定溫度。功能復(fù)合材料指具有除力學(xué)性能以外其他物理性能的復(fù)合材料，即具有各種電學(xué)性

能、磁學(xué)性能、光學(xué)性能、聲學(xué)性能、摩擦性能、阻尼性能以及化學(xué)分離性能等的復(fù)合材料。

3復(fù)合材料的基體：金屬基一對于航天與航空領(lǐng)域的飛機(jī)、衛(wèi)星、火箭等殼體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，要求材

料的質(zhì)量小、比強(qiáng)度和比模量高、尺寸穩(wěn)定性好，選用鎂、鋁合金等輕金屬合金做基體。對于高

性能發(fā)動機(jī)，要求材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、優(yōu)良的耐高溫性能，同時能在高溫、氧化環(huán)境

中正常工作，可以選擇鈦基銀基合金以及金屬間化合物作為基體材料；對于汽車發(fā)動雙，選用鋁

合金基體材料；對于電子集成電路，選用銀銅鋁等金屬為基體。

輕金屬基體一鋁基、鎂基，使用溫度在450C左右或以下使用，用于航天及汽車零部件。連續(xù)纖維

增強(qiáng)金屬基采用純鋁或單相鋁合金，顆粒、晶須增強(qiáng)…采用高強(qiáng)度鋁合金。

鈦基，使用溫度在650c（450-700）,用作高性能航天發(fā)動機(jī)

銀基、鐵基鉆基及金屬間化合物，使用溫度在1200℃（1000℃以上），耐高溫

4聚合物基體

一）簡答題（各自優(yōu)缺點(diǎn)）

聚合物基復(fù)合材料的聚合物基主要有：不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等熱固性樹脂。各

自優(yōu)缺點(diǎn)：

聚合物基優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)用途

不飽和總量最多，工藝性良好，能在室溫下固化,固化時體積收很少用于碳纖維復(fù)

聚酯樹常壓下成型，工藝裝置簡單；固化后的樹縮率大、耐熱合材料的基體材料?，

脂脂綜合性能良好，但力學(xué)性能不如酚醛樹性差主要用于民用工業(yè)

脂或環(huán)氧樹脂；價格比環(huán)氧樹脂低，比酚和生活用品

醛樹脂略貴

環(huán)氧樹目前最普遍使用的樹脂基體，電性能好、低溫固化時耐用于碳纖維復(fù)合材

脂耐熱性好、穩(wěn)定性好、力學(xué)性能好、尺寸溫性較差料及其他纖維復(fù)合

穩(wěn)定性好，固化收縮率小。材料

酚醛樹最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的樹脂，在加熱條件下即固化時體積收大量用于粉狀壓塑

脂能固化，無須添加固化劑，酸堿對固化反縮率大，樹脂料、短纖維增強(qiáng)塑

應(yīng)起促進(jìn)作用樹脂在固化過程中有小分對纖維的粘附料，碳纖維和有機(jī)纖

子析出，故樹脂固需要在高壓下進(jìn)行，己性不好，斷裂維復(fù)合材料中很少

固化的樹脂有良好的壓縮性能，；良好的延伸率低，脆使用

耐水、耐化學(xué)介質(zhì)和耐燒蝕性能性大

二）聚合物基體的作用選擇題：a.將纖維黏在一起；b.分配纖維間的載荷；c.保護(hù)纖維不受環(huán)境的

影響

5陶密基特點(diǎn)：比金屬更高的熔點(diǎn)和硬度，化學(xué)性質(zhì)非常稔定，耐熱性、抗老化性好，但脆性大,

韌性差。需要加入第二相顆粒、晶須以及纖維進(jìn)行增韌處理。

常用的陶寬基主要包括玻璃：非晶態(tài)固體）、玻璃陶寬（多晶固體）、氧化物陶究61203,MgO,

SiO2,ZrO2,莫來石，熔點(diǎn)均在2000c以上）、非氧化物陶瓷（氮化物，碳化物，硼化物，硅化物）、

無機(jī)膠凝材料（水泥，石膏，菱苦土和水玻璃研究最多的是纖維增強(qiáng)水泥增強(qiáng)塑料）

聚合物基復(fù)合材料：

8界面的形成P14T5：聚合物基復(fù)合材料界面的形成分為兩個階段：第一階段是基體與增強(qiáng)纖維的

接觸與浸潤過程。由于增強(qiáng)紇維對基體分子的各種基團(tuán)或基體中各組分的吸附能力不起著同，它總

是要吸附那些能夠降低其表面能的物質(zhì)，并優(yōu)先吸附那些能較多降低表面能的物質(zhì)，因此，界面聚

合層在結(jié)構(gòu)上與聚合物本體是不同的。第二階段是聚合物的固化階段。在此過程中聚合物通過物理

的或化學(xué)的變化而固化，形成固定的界面層。界面層的包括:界面的結(jié)合力、界面的厚度和界面的微

觀結(jié)構(gòu)等幾個方面。

9界面作用機(jī)理？

界面對復(fù)合材料特別是其力學(xué)性能起著極為重要的作用。如果界面很脆及斷裂應(yīng)變很小而強(qiáng)度很大

免責(zé)纖維的斷裂可能引起裂紋沿垂直與纖維方向擴(kuò)展，誘發(fā)相鄰纖維相繼斷裂，這種復(fù)合材料的斷

裂韌性很差。如果界面結(jié)合強(qiáng)度較低，則纖維斷裂引起的裂紋可以改變方向而沿界面擴(kuò)展，遇到纖

維缺陷或薄弱環(huán)節(jié)時，裂紋再次跨越纖維，繼續(xù)沿界面擴(kuò)展，形成曲折的路徑，需要較多的斷裂功。

因此，如果界面和基體的斷裂應(yīng)變都較低時，從提高斷裂韌性的角度出發(fā)，適當(dāng)減弱界面強(qiáng)度和提

高纖維延伸率是有利的。

10界面作用機(jī)理運(yùn)用的理論（選擇題）：界面吸附理論、化學(xué)鍵理論、物理吸附理論、變形層理

論、擴(kuò)散層理論

8什么是界面浸潤理論，化學(xué)鍵理論，物理吸附理論

界面浸潤理論填充劑被液體樹脂良好浸潤是極其重要的，因浸潤不良會在界面上產(chǎn)生空隙，

易使應(yīng)力集中而使復(fù)合材料發(fā)生開裂，如果完全浸潤，則基體與填充劑間的粘結(jié)強(qiáng)度將大于基體的

內(nèi)聚強(qiáng)度。

化學(xué)鍵理論處理增強(qiáng)劑表面的偶聯(lián)劑應(yīng)既含有能與增強(qiáng)劑起化學(xué)作用的官能團(tuán)，又含有能與

樹脂基體起化學(xué)作用的官能困，由此在界面上形成共價鍵結(jié)合。

物理吸附理論增強(qiáng)纖維與樹脂基體之間的結(jié)合是屬于機(jī)械較合和基于次價鍵作用的物理吸附。

偶聯(lián)劑的作用主要是促進(jìn)基體與增強(qiáng)纖維表面完全浸潤。

14界面結(jié)合強(qiáng)度

界面結(jié)合強(qiáng)度直接影響了復(fù)合材料的切化機(jī)制和切化效果。界面強(qiáng)度過高，晶須將與基體一起斷裂，

限制了晶須的拔出，因而也就減小了晶須拔出機(jī)制對韌性的貢獻(xiàn)。但另一方面，界面強(qiáng)度的提高有

利于載荷的轉(zhuǎn)移，因而提高了強(qiáng)化效果。界面強(qiáng)度過低，則使晶須的拔出功減小，這對切化和強(qiáng)化

都不利，因此界面強(qiáng)度存在一個最佳值。

金屬基復(fù)合材料：

11加工時在界面附近區(qū)域會產(chǎn)生熱殘余應(yīng)力，往往超過基體的屈服強(qiáng)度，容易導(dǎo)致附近區(qū)

域的缺陷。纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料界面的類型（選擇。出一種纖維與基體判斷類型）

筲絲/銅、氧化鉆纖維/銅、界面平坦，只有分子厚度，除

氧化鋁纖維/銀、硼纖維（表原組裝物質(zhì)外，基本上不含其

纖維與基體不反應(yīng)不溶解面涂BN）/鋁、不銹鋼絲/它物質(zhì)

鋁、碳化硅纖維/鋁、硼纖

維/鋁、鎂

纖維與基體不反應(yīng)但溶解鍍珞的鴇絲/銅、碳纖維/界面為原組裝組織的犬牙交

鍥、鋁絲/銀、合金共晶體錯的溶解擴(kuò)散界面

絲/統(tǒng)一合金

纖維與基體反應(yīng)形成界面層鋁絲/銅鈦合金、碳纖維/鋁、界面含有亞微級左右的界面

氧化鋁纖維/鈦、硼纖維/鈦、反應(yīng)產(chǎn)物層

硼纖維/鋁鈦合金、碳化硅纖

維/鈦、SiO2纖維/鋁

12比強(qiáng)度、比模量：比模量是材料的模量與密度之比，比強(qiáng)度是材料的強(qiáng)度與密度之比。是度量

材料承載能力的一個指標(biāo)，比強(qiáng)度越高，同一零件的自重越小，比模量越大，零件的剛性越大。

第二章：復(fù)合材料的復(fù)合原理及界面

1增強(qiáng)機(jī)理包括：顆粒增強(qiáng)原理、纖維增強(qiáng)原理、短纖維（晶須）增強(qiáng)原理

顆粒增強(qiáng)原理根據(jù)增強(qiáng)粒子的尺寸大小分為：彌散增強(qiáng)原理和顆粒增強(qiáng)原理。微粒尺寸越小，體

積分?jǐn)?shù)越高，彌散強(qiáng)化效果越好。

2混合法則的定義？

Ec=Ef*Vf+Em*Vm表明纖維、基體對復(fù)合材料平均性能的貢獻(xiàn)正比于它們各自的體積分?jǐn)?shù)。

3臨界纖維長度的定義？

Lc是載荷傳遞長度的最大值，稱為臨界纖維長度，在這個長度上纖維承載應(yīng)力小于最大纖維強(qiáng)度,

當(dāng)纖維長度小于臨界長度時，，最大纖維應(yīng)力小于纖維平均斷裂強(qiáng)度，纖維不會斷裂。當(dāng)纖維長

度大于臨界長度時，纖維應(yīng)力可以達(dá)到平均強(qiáng)度，當(dāng)纖維應(yīng)力等于其強(qiáng)度是，纖維將發(fā)生斷裂。

4界面相的定義？

復(fù)合材料中增強(qiáng)體與基體接觸構(gòu)成的界面，是一層具有一定厚度（納米以上）、結(jié)構(gòu)隨基體和增

強(qiáng)體而異的、與基體有明顯差別的新相一一界面相（層）。

5適當(dāng)?shù)慕缑娼Y(jié)合強(qiáng)度。（簡答）——聚合物基復(fù)合材料

增強(qiáng)體與聚合物基體之間形成較好的界面粘結(jié)，才能保證應(yīng)力從基體傳遞到增強(qiáng)材料。充分發(fā)揮

數(shù)以萬計(jì)單根纖維同時受力的作用。界面黏合強(qiáng)度不僅與界面的形成過程有關(guān)，還取決于界面粘

結(jié)形式（物理機(jī)械結(jié)合、化學(xué)結(jié)合）。物理機(jī)械結(jié)合，即通過等離子體刻蝕或化學(xué)腐蝕使增強(qiáng)體

表面凹凸不平，基體擴(kuò)散嵌入到增強(qiáng)體表面的凹坑、縫隙和微孔中，增強(qiáng)材料則“錨固”在聚合

物基體中；化學(xué)結(jié)合，即基體與增強(qiáng)體之間形成化學(xué)鍵，可以設(shè)法使增強(qiáng)體表面帶有吸性基團(tuán)，

使之與基體間產(chǎn)生化學(xué)鍵或其他相互作用力（如氫鍵）。

界面粘結(jié)太弱，復(fù)合材料在應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生界面脫粘破壞，纖維不能充分發(fā)揮增強(qiáng)作用。出

現(xiàn)韌性斷裂。界面粘結(jié)太強(qiáng)，復(fù)合材料在應(yīng)力作用下破裂產(chǎn)生的正在增長的裂紋容易擴(kuò)散到界

面，直接沖擊增強(qiáng)材料而呈現(xiàn)脆性斷裂。

制造高強(qiáng)度、高模量碳纖維多選用聚丙烯脂。工藝過程包括：噴絲一預(yù)氧化處理一碳化處理一

石墨化處理。噴絲：可用濕法、干法或熔融狀態(tài)三利I,聚丙烯脂噴絲后得到的原纖維稱為“先驅(qū)絲”。

預(yù)氧化處理：在氧化氣氛中預(yù)氧化處理，使鏈狀聚丙烯脯分子發(fā)生交聯(lián)、環(huán)化、氧化、脫氫等化學(xué)

反應(yīng)，放出H2。，HCN、NH3和H2等分解產(chǎn)物，形成耐熱的梯形結(jié)構(gòu)。碳化處理：在高純氮?dú)庵?/p>

慢速加溫，以除去其中的非碳原子。（PS：影響碳化質(zhì)量的因素有：氮?dú)饧兌?、碳化溫度和碳化?/p>

率）石墨化處理：在高純氧氣保護(hù)下快速升溫，，纖維中的碳發(fā)生石墨結(jié)晶，可以得到高強(qiáng)度的石

墨纖維。Ps：晶粒越小，強(qiáng)度越大。碳化硅纖維

9制備方法分為兩種：化學(xué)氣相沉積法、先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法。P64-65

化學(xué)氣相沉積法制備碳化硅纖維時，是在管式反應(yīng)器中采用汞電極直接用直流電或射頻加熱，將

鴇絲或碳絲載體加熱到1300C作用，在氫氣中清潔其表面，在進(jìn)入圓柱形反應(yīng)室，在反應(yīng)室中通

入氫氣和氯硅烷氣體混合物，在灼熱的芯絲表面上反應(yīng)生成碳化硅并沉積在芯絲表面。結(jié)構(gòu)由纖

維中心向外依次為芯絲、富成的碳化硅層、碳化硅層、外表面富硅涂層。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備碳化

硅纖維時，將有機(jī)硅聚合物〔聚二甲基硅烷）轉(zhuǎn)化成可砂性的聚碳硅烷，經(jīng)熔融紡絲或溶液紡絲

制成先驅(qū)絲，用電子束照射等手段使之交聯(lián)，最后在惰性氣氛或真空中高溫?zé)Y(jié)成碳化硅纖維。

芳綸纖維主分？什么是？

10主分：聚合物大分子的主鏈有芳香環(huán)和酰胺鍵構(gòu)成。一C一Ph—C-N—Ph—N—?打不出，需

手抄化學(xué)式

代表：聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）防彈衣。

晶須

11定義：晶須是以單晶結(jié)構(gòu)生長的直徑小于3〃m的短纖維，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，原子排列高度有

序，缺陷少，纖維中強(qiáng)度最高，

第四章：聚合物基復(fù)合材料

1聚合物基復(fù)合材料（定義）：由一種或多種細(xì)小形狀（直徑為微米級）的材料分散丁?聚合物塑料

中組成。屬微米級復(fù)合材料。

2聚合物基體分為：熱固性基體和熱塑性基體。

聚合物基復(fù)合材料是以有機(jī)聚合物為基體，連續(xù)纖維為增強(qiáng)材料組合而成的。纖維的高強(qiáng)度、

高模量的特性使它成為理想的承載體?；w材料由于粘結(jié)性能好，把纖維牢固地粘結(jié)

起來。同時，基體又能使載荷均勻分布，并傳遞到纖維上去，并允許纖維承受壓縮和剪切載荷。纖

維和基體之間的良好的復(fù)合顯示了各自的優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，具有許多優(yōu)良特性。

5聚合物基復(fù)合材料飛制作工藝和方法（只理解，不重要）？？？

原材料：纖維等增強(qiáng)體和聚合物基體材料。

制造方法分類：熱固性復(fù)合材料的制造方法，如手工成型法、噴涂成型法、壓縮成型法、注射成型

法、SMC壓縮成型法、

第五章：金屬基復(fù)合材料

1金屬基復(fù)合材料（定義）（MMC）是一類以金屬或合金為基體，以金屬或非金屬線、絲、纖維、

晶須或顆粒狀組分為增強(qiáng)相的非均質(zhì)混合物。

2金屬基復(fù)合材料的基體材料選擇（理解）

在連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中，纖維是主要的承載體，基體的作用是保證纖維的性能充分發(fā)揮,

并不需要基體有高強(qiáng)度和高模量，也不需要基體金屬具有熱處理強(qiáng)化等性質(zhì)，但要求有好的塑性和

纖維良好的相容性。

3金屬基復(fù)合材料的加工方法分為：初加工和精加工一一填空

4連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的纖維表面處理是指對纖維表面涂覆適當(dāng)?shù)谋⊥繉?，目的是：為?/p>

防止或抑制界面反應(yīng)，已獲得合適的界面結(jié)構(gòu)和結(jié)合強(qiáng)度；改善增強(qiáng)體與基體間在復(fù)合過程中的潤

濕與結(jié)合；有助于纖維的規(guī)則排列；減少纖維與基體之間的應(yīng)力集中。

-------選擇

5固態(tài)法（定義）：是指在金屬基復(fù)合材料中基體處于固態(tài)下制造金屬基復(fù)合材料的方法。分為粉

末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、軋制法、擠壓法、拉拔法和爆炸焊接法。

液態(tài)法（定義）：是指在金屬基復(fù)合材料中基體處于熔融狀態(tài)下與固體增強(qiáng)物復(fù)合的方法。分為:

鑄造法、液態(tài)金屬浸漬法、真空壓力浸漬法、液態(tài)模鍛法、共噴沉積法和熱噴涂法。

第六章：陶瓷基復(fù)合材料

1陶瓷基復(fù)合材料的分類

按組成化合物元素的不同，分為：氧化物陶瓷公1203、ZrO2>SiO2、MgO）、碳化物陶瓷（SiC、

B4C、TiC）、氮化物陶瓷。-Si3N4）、混合氧化物（3A12O3?2SiO2）。

3陶瓷基復(fù)合材料的成型方法主要有四類：傳統(tǒng)的混合方法和粘合液浸漬方法；化學(xué)合成技術(shù)；

熔融浸漬方法；化學(xué)反應(yīng)形成的方法（如化學(xué)氣相沉積、化學(xué)氣相浸澗、反應(yīng)結(jié)合法）Ps：傳統(tǒng)

的對耐熱基體不適合，化學(xué)合成可以用于涂敷纖維，加工溫度比1低。熔融浸漬要求熔點(diǎn)不能太

高?；瘜W(xué)反應(yīng)形成結(jié)構(gòu)的速率低。

三、簡述晶須增強(qiáng)陶鎏基復(fù)合材料的先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制造工藝及其優(yōu)、缺點(diǎn)。

先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法工藝流程：晶須、陶鎏微粉、有機(jī)先驅(qū)物、溶劑均勻混合T于頁成型坯件（模

壓）T先驅(qū)物熱解成陶瓷基體（一定溫度和氣氛）T陶瓷基復(fù)合材料。

先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法的優(yōu)點(diǎn)：成型容易，燒結(jié)溫度低，工藝重復(fù)性高。

先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法的缺點(diǎn)：制品氣孔率高，收縮變形大。

晶須增強(qiáng)陶漳基復(fù)合材料制造工藝的問題：

晶須比表面積大（晶須直徑小、長徑比大），與陶鎏基體的反應(yīng)性高，容易簇聚，導(dǎo)致晶須與

陶優(yōu)基體粉末

均勻混合困難