《复合材料及工艺》复习提纲第一章、绪论1.了解复合材料的定义、分类及应用。

答：（ 1）定义：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合阳成的一种多相固体材料。

（2）分类：聚合物基复合材料（PMC）: 热固性树脂基、热塑性树脂基、橡胶基金属基复合材料（MMC）：轻金加基、高熔点金属基、金加间化合物基陶瓷基复合材料（CMC）：高温陶瓷基、玻璃基、玻璃陶瓷基水泥基复合材料（CeMC）碳基体复合材料（C/C）按功能分：结构复合材料和功能复合材料（3）应用：航空航天，一般工业（汽车、化工、建筑、机械、船舶等），体育用品，生物医学，其他。

2.FRP、GFRP、FRTP 各代表什么意思。

答： FRP： fiber reinforced plastics,纤维增强塑料；GFRP： glass fiber reinforced plastics,玻璃纤维增强幫料；FRTP： fiber reinforced thermal plastics,纤维增强热塑性塑料。

3.什么是 ACM? 其判据是什么？答： ACM ： advanced composite materials,先进复合材料。

先进复合材料是以碳纤维、硼纤维、芳纶纤维作为增强体，具有高的比强度、比模虽: 、剪切强度和剪切模量、高温性能、耐热性的复合材料。

判断依据：比强度 =强度 / 材料密度比强度2（4X106cm）单位量纲（cm）比模量 =模量 / 材料密度比模量$（4X108cm）单位量纲（cm）第二章、复合材料理论基础1.（1）复合材料中增强体的作用是什么？常见的增强体有哪些（至少列出6 种）？答：增强体是指在复合材料屮骑着增加强度、改善性能作用的组分。

复合材料屮增强体主要分为：纤维、晶须和颗粒等。

纤维增强体可分为：无机纤维和有机纤维无机纤维（玻璃纤维、碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维）有机纤维（芳纶纤维、尼龙纤维、聚烯坯纤维）（2）最常见的玻纤是什么？其网络结构假说赋予它什么特性？答：无碱玻纤（E-玻纤）结构假说：微品结构假说和网络结构假说。

网络结构假说 : 二氧化硅四面体、铝氧三面体或硼氧三面体相互连成的不规则三维网络 , 网络空间由 Na、K、Ca. Mg 等阳离子填充，它们与 02■连接，而与网络不直接相连。

一定数目的多而体遵循类似品体结构规则排列，形成近程有序。

也就是，微观上不均匀 , 宏观上均匀的结构，反映到性能上是各向同性。

考点：玻纤的杨氏模最在纤维轴向为70GPa,贝 IJ 垂肓 ?于纤维轴力向的杨氏模最为70GPa （3）碳纤维的特性是什么？按原料分碳纤维的主要种类包括什么？描述某一种碳纤维的制备工。

答：碳具有低密度、高度、高模最、耐高温、抗化学腐、低阻、高、低膨、耐化学射特性，此外具有的柔性和可性。

种：聚丙睛基碳（PAN） ,青基碳（PITCH）,人造碳（RAYON ）制工：有机前体法和气相生法A 、PAN 碳的制程可分 3 步：第一步⋯氧化。

氧化的主要目的是使原屮的状 PAN 分子化脱蛍，化耐的梯形构，以承受更高的炭化温度和提高炭化收率以改善力学性能。

在200~400°C 的氧化气氛中，在原受力的情况下，化成梯形构，分子沿定向，得定。

第二步⋯炭化。

炭化一般在高的悄性气休保下氧加至 120（） ? 18（）（）°C 以除去其屮的非碳原了，生成含碳呆在90%以上的碳。

第三步⋯石墨化。

炭化后的碳可石墨化，制造石墨。

石墨化温度2000-3000°Co 在力下使品碳增、定向，的性模量大增。

B、青棊碳。

首先准青，然后并拉成的，再氧化、炭化和石墨化理以得碳。

在氧化理期，青先眾露于70°C 温度的臭氧屮，然后到 300C 温度的空气中。

生了不熔化的交构，并且能不熔化而炭化。

炭化在高达1350°C 温度的氮气中行。

通在高温理期仲得高模青某碳。

（4）常有机增体包括什么？其特性是什么？答：芳、超高分子量聚乙和尼。

芳的特性：拉伸度高，冲性能好（性好），定性好，芳的膨系数和碳一具各向异性的特点。

性能不好，拉仲度的 1/8；剪切度不高 , 拉伸度的 1/17；易生光降解（可及紫外，使力学性能下降）。

超高分子量聚乙特性：密度小，良好的柔曲性、耐疲性和耐磨性，冲性能好 , 耐光性好于芳。

熔点低，易端，与聚合物基体粘性差。

（5）BF 和 SiC 的特性分是什么？答： BF：硼。

高度、高模量、低密度，比度和比模量高。

SiC：碳化硅。

力学性能异，耐氧化性好，化学定性好，与金属有良好的浸性，耐射性能和吸波性能良好。

（6）成工包括干法、湿法、干湿法、熔融、化学气相沉（CVD）工等。

出常增体所用的成工。

答：玻璃：垃坍拉法，池窑漏板拉法，溶胶■凝胶法。

碳：有机先体法（有机法），气相牛法（VS 米碳）。

芳：干-湿工。

超高分了量聚乙：高速仲熔融的PE,胶（凝胶） - 超拉仲法（超倍伸法）; 碳化硅： CVD 法，先法；硼：化硼解法，化硼反法。

氧化：溶液法、混合液法、基体浸溶液法、溶胶■凝胶（sol.gel）法、拉晶法。

金属：抽工。

2. （1）复合材料中基体的作用是什么？常的基体有哪些（至少列出 6 利 J ?答：复合材料的基休是复合材料屮的相，起到固定并将具粘合成整休、在荷并使其均匀分配、保免于境影响、影响（决定）复合材料的某些性能、决定（影响）成型方法与工参数的常的基体有：聚合物基体（固性聚合物、塑性聚合物）、金属基体、陶瓷基体、水泥基体和碳基。

（2）固性脂与塑性脂有何缺点？答：固性脂：点：良好的工性，固化前液，可常温常下浸，固化后定。

缺点：效性（存期），材料性差（固化后脆）。

常用固性脂：不和聚（UP）, 氧脂（EP） , 酚脂（PF）, 咲喃脂，乙基脂，聚胺（PI）,聚苯并咪啤（PBI）o塑性脂：点：断裂性好，吸湿性低，成型周期短，品、角料可再生利用。

缺点：成型工相而言比苛刻常用塑性脂：通用塑料，如聚丙、聚乙等；工程塑料，如尼、聚碳酸 PC 等; 高性能塑性脂 , 如聚醯（PEEK）、聚碳酸（PC）、聚（PS）、聚苯硫醸（PPS）、聚酗（PEKK ）0（3）常用金属基体按使用温度通常如何划分？答：小于 450°C： Ak Mg 及其合金基体 ; 450-650^：合金； 650-120（）°C 以上：基高温合金、金属化合物、慕耐合金。

（4）微品玻璃（玻璃陶瓷）有何特点？LAS 和 MAS 各代表什么？答：比常用金属有更鬲的熔点和哽度；化学定性，耐和抗氧化性皆佳；通常状下体。

但高温下，也可以导电。

缺点 : 脆“灾难性”破坏方式 , 不能做承载结构微晶玻璃采用适当理使某些特定成分的玻璃由非晶晶（反玻璃化），可形成大量微品体。

需加入成核（TiO 2）o 成是取向乱的微品，其余残余玻璃相。

性：密度 2.0-2.8g/cm3,度 70-350MPa,模量 80-140MPa,都有所提高。

LAS ：硅玻璃陶瓷。

MAS ：硅玻璃陶瓷。

（5）氧化物陶瓷材料有哪些？突出特性是什么？非氧化物陶瓷材料有哪些？其特性是什么？答：氧化物陶瓷材料：A1 2O3, MgO, SiO2, ZrO2⋯⋯氧化陶瓷（主要成分AIQ3 和 SiO2）,突出性能是硬度很高（次于金石，氮化硼和碳化硅）。

特性：度高，但随坏境温度上升而降低，所以避免在高力和髙温境下使用。

非氧化物陶瓷材料：不含氧的氮化物、碳化物、硼化物和硅化物。

特点：度高；硅化物抗氧化温度高（1573-1973K）（可形成氧化硅膜）傣丸轟硬度极高（金刚石的代用品、氮化硅陶瓷（Si 3N4）特性：度高，抗震性和抗高温蠕好，硬度高，摩擦系数小（耐磨材料），口滑性，耐腐性，定性高，抗氧化温度可达1273K O碳化硅陶瓷（SiC）特性：高温度高，能力很高（陶瓷材料屮次于氧化陶瓷），好的定性, 耐磨性，耐腐性，抗嫦性，度好。

（6）采川浸法制碳基体，脂或者青的用准是什么？如采用CVD 工 ,如何控制散速率和沉速率的关系？答：基体用原a.液相成碳考虑粘度；碳化收率 ; 固化条件 ; 成碳麻的微观结构。

（热固性浸溃剂树脂，热塑性浸渍剂沥青）b.沉积碳发生热分解反应的丄艺 ; 沉积碳的速率和成碳量（低分子量碳氢化合物（甲烷、丙烷、苯等））CVD工艺CVD工艺形成沉积碳的过程a）反应气体通过层流向沉积衬底的边界层扩散b）沉积衬底表面吸附反应气体，反应气体发生并形成固态产物和气体产物；c）所产生的气体产物解吸附并沿边界层区域扩散d）产生的气体被排除关系：当沉积速度 >>扩散速度时，形成封闭空隙，不利于增密当沉积速度 VV扩散速度时，不形成封闭空隙，利于增密（7）制备高性能混凝土需要控制的配比冇哪些？各个配比影响其什么性能？答：需要控制的配比有：水灰比、砂石比和浆集比。

水灰比影响其强度和耐久性，砂石比影响其和易性，浆集比影响其和易性和经济性。

3.（1）复合效应分为线性效皿和非线性效应。

混合定律属于那种效应？其使用前提是什么？根据组元的性能和含量计算出复合材料的性能。

答：复合效应可分为线性复合效应和非线性复合效应。

线性复合效应包括平均效应（混合效应），平行效应，相补效应（正效应）和和抵效应（负效应）；非线性复合效应包括相乘效应, 诱导效应，系统效应和共振效应。

混合定律：由各组元性能分量计算复合材料性能的一种简单方法，又称作混合法则，其关键在于复合材料性能随组元材料含量的变化呈线性变化。

适用前提： a、复合材料宏观上是均质的；b、各组元材料是均质的各向同性及线弹性材料；c. 各组元之间粘结好，无孔隙。

通式 Vm + v f i +Vf2 + ...= 1 Xc=XmVm+XflVfl+Xf2Vf2+ -（2）什么是临界纤维长度？如何计算？根据所用纤维长度判断出复合材料的失效方式以及用SEM 观察到现象是什么？答：临界纤维长度J : 在给定纤维长度范围内，引起拉伸失效而不是界面剪切失效的最短纤维长度。

计算方法： Lc=0fu d/（2T）d—纤维的直径。

巾一纤维的断裂强度丫一界面的剪切强度判断：A、当纤维长度 L> lOLc 时，短纤维复合材料的强度趋近于具有相同纤维体积分量的连续纤维；B、若纤维长度 L<5Lc 时，矩纤维的强化效果远远不如连续纤维复合材料。

SEM观察的现象：当纤维长度 L<Lc 时，纤维被拔除；当纤维长度 L>Lc 时，纤维将会发生断裂。

4. 常用测定界血粘接强度的方法是什么？观察其断裂形貌用什么手段？如何提高增强体和基体间的界面性能？发答: （1）常用测定界面粘接强度的方法冇：宏观实验法、单纤维实验法、微压入实验法、声射法、扭辨分析、声显微技术、动态加载测定微观断裂过程等。

（2）观察断裂形貌用SEM,界血间性能较差时，剪切破坏，断面可以观察到脱粘，纤维拔出；界而粘结过强，则呈现脆性断裂。