《复合材料》习题及答案第一章1、材料科技工作者的工作主要体现在哪些方面？（简答题）①发现新的物质，测试新物质的结构和性能；②由已知的物质，通过新的制备工艺，改善其微观结构，改善材料的性能；③由已知的物质进行复合，制备出具有优良特性的复合材料。
2、复合材料的定义（名词解释）复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
3、复合材料的分类（填空题）⑴按基体材料分类①聚合物基复合材料；②金属基复合材料；③无机非金属基复合材料。
⑵按不同增强材料形式分类①纤维增强复合材料：②颗粒增强复合材料；③片材增强复合材料；④叠层复合材料。
4、复合材料的结构设计层次（简答题）⑴一次结构：是指由基体和增强材料复合而成的单层复合材料，其力学性能取决于组分材料的力学性能，各相材料的形态、分布和含量及界面的性能；⑵二次结构：是指由单层材料层合而成的层合体，其力学性能取决于单层材料的力学性能和铺层几何（各单层的厚度、铺设方向、铺层序列）；⑶三次结构：是指工程结构或产品结构，其力学性能取决于层合体的力学性能和结构几何。
5、复合材料设计分为三个层次：（填空题）①单层材料设计；②铺层设计；③结构设计。
第二章1、复合材料界面对其性能起很大影响，界面的机能可归纳为哪几种效应？（简答题）①传递效应：基体可通过界面将外力传递给增强物，起到基体与增强体之间的桥梁作用。
②阻断效应：适当的界面有阻止裂纹的扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。
③不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象。
④散热和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收。
⑤诱导效应：复合材料中的一种组元的表面结构使另一种与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生变化。
2、对于聚合物基复合材料，其界面的形成是在材料的成型过程中，可分为两个阶段（填空题）①基体与增强体的接触与浸润；②聚合物的固化。
3、界面作用机理界面作用机理是指界面发挥作用的微观机理。
⑴界面浸润性理论：该理论认为，填充剂被液态树脂良好浸润是非常重要的。
⑵化学键理论：该理论认为，化学键能实现两相之间的有效结合。
⑶物理吸附理论：该理论认为，增强体与基体之间结合属于机械咬合和基于次价键的物理吸附。
⑷过渡层理论：该理论认为，基体和增强体之间的界面区存在一个起着应力松弛作用的过渡层。
⑸拘束层理论：该理论认为，界面区的弹性模量介于基体与增强体之间时，则可很均匀地传递应力。
⑹扩散理论：该理论认为，该理论认为，聚合物的相互黏结是由表面上的大分子相互扩散形成的。
⑺减弱界面局部应力作用理论：该理论认为，基体与增强体之间的处理剂提供了一种具有“自愈能力”的化学键。
4、金属基复合材料界面结合方式（填空题）化学结合、物理结合、扩散结合、机械结合5、陶瓷基复合材料定义（填空题）陶瓷基复合材料是指基体为陶瓷材料的复合材料，增强材料包括金属和陶瓷材料。
6、陶瓷基复合材料界面结合方式（填空题）化学结合、物理结合、扩散结合和机械结合，其中以化学结合为主，有时几种界面结合方式同时存在。
7、界面结构层的表征（填空题）中国学者用CF/PEEK复合材料的模型体系，用Raman光谱表征了界面层结构，可以研究碳纤维/线型聚合物界面近程结构这一长期未能解决的问题。
8、目前测定复合材料中残余应力的方法（填空题）X射线衍射法、中子衍射法。
第三章1、增强体（名词解释）增强体是复合材料中能提高基体材料力学性能的组元物质，是复合材料的重要组成部分，它可以起着提高基体的强度、韧性、模量、耐热、耐磨等性能的作用。
2、作为复合材料的增强体应具有哪些基本特性？（简答题）⑴具有能明显提高基体某种所需特性的性能，以便赋予基体某种所需的特性和综合性能；⑵具有良好的化学稳定性，不发生严重的界面化学反应，与基体相容性好；⑶与基体有良好的润湿性，保证增强体与基体良好的复合和分布均匀。
3、增强体的分类（填空题）①纤维类增强体；②颗粒类增强体；③晶须类增强体；④金属丝；⑤片状物增强体。
4、碳纤维碳纤维由碳元素组成的一种高性能增强纤维，其最高强度已达7000MPa，最高弹性模量达900GPa，而其密度约为1.8~2.1g/cm³，并具有低热膨胀、高导热、耐磨、耐高温等优异性能，是一种很有发展前景的高性能纤维。
5、碳的结构形态（填空题）碳元素是一种非常轻的元素，碳有多种结构形态：有无定型态、金刚石、石墨等结构。
6、碳纤维的制造⑴碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料。
它只能以有机物为原料，采用间接法制造。
⑵制造方法可分为气相法和有机纤维碳化法。
气相法只能制取短纤维或晶须，而有机纤维碳化法可制造连续长纤维。
⑶制作碳纤维的主要原材料由3种：①人造丝（黏胶纤维）；②聚丙烯腈（PAN）纤维；③沥青。
⑷制造碳纤维要经过5个阶段：拉丝、牵引、稳定、碳化和石墨化。
⑸PAN碳纤维的主要工艺流程由稳定化处理、碳化处理和石墨化处理组成。
黏胶碳纤维和沥青碳纤维的制备过程与PAN碳纤维相似，但不同的是沥青必须经过调制处理。
7、硼纤维（填空）硼纤维是一种新型的无机纤维。
美国最早研制，并于20世纪60年代在航天工业获得应用。
硼纤维是一种将硼通过高温化学气相沉积在钨丝或碳芯表面制成的高性能增强纤维，具有很高的比强度和比模量，也是制造金属基复合材料最早采用的高性能纤维。
8、硼纤维的制造硼纤维是用化学气相法在一根受热的纤芯（钨丝或碳丝）上沉积而成。
化学反应为：2BCl3+3H2═2B+6HCl↑9、碳化硅纤维是以碳和硅为主要成分的一种陶瓷纤维。
主要生产国是美国和日本。
10、碳化硅纤维的制备通过高温化学气相沉积将SiC沉积在钨丝上形成的。
化学反应为：CH₃SiCl₃→SiC+3HCl11、先驱体法制备碳化硅纤维的主要工艺流程⑴聚碳硅烷合成；⑵聚碳硅烷纺丝；⑶不熔化处理；⑷烧结等阶段。
12、.氧化铝短纤维（填空）主要用熔喷法和离心甩丝法制造。
13、氧化铝连续纤维制备方法：烧结法、先驱体法和熔融纺丝法。
14、氮化硅（填空）是一种陶瓷纤维。
取二甲基二氯硅烷与甲基二氯硅烷，按一定的比例混合进行氨解，再经提高分子量的途径，获得纺丝性能的聚氮硅烷，经纺丝，不熔化处理，再在1200℃左右高温处理，得到性能优异的氮化硅纤维。
15、玻璃纤维的结构假说（填空）微晶结构假说、网络结构假说16、微晶结构假说（简答题）玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微晶子”组成，在“微晶子”之间由硅酸块过冷溶液所填充。
17、网络结构假说（简答题）认为玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧三面体或硼氧三面体相互连成不规则三维网络，网络间的空隙由Na、K、Ca、Mg等阳离子填充。
二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃性能的基础，填充的Na、Ca等阳离子称为网络改性物。
18、玻璃纤维的化学组成（填空题）主要是二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、三氧化二铝等。
19、玻璃纤维的化学组成（填空题）玻璃纤维除对氢氟酸、浓碱、浓磷酸外，对所有的化学药品和有机溶剂都有良好的化学稳定性。
玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其化学成分中二氧化硅及碱金属氧化物的含量。
20、纤维支数的表述方法：⑴质量法是用1g原纱的长度来表示：纤维支数=纤维长度/纤维质量。
40支纱，就是指1g质量的原纱长40m。
⑵定长法是目前国际统一使用的方法，通称“tex”（公制称号），是指1000m长的原纱的质量。
4“tex”指1000m原纱的质量为4g。
21、金属丝的制备（填空）铸造热拔冷却、退火钨丝和钍钨丝增强镍基耐热合金是比较成功的金属基复合材料。
22、芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商品牌号凯芙拉（Kevlar）纤维，我国命名为芳纶纤维，有时也称有机纤维。
23、芳纶纤维的力学性能芳纶纤维的拉伸强度高，其单丝拉伸强度可达3773MPa，它的抗冲击性能好，约为石墨纤维的6倍，为硼纤维的3倍。
24、芳纶纤维的化学结构芳纶纤维是对苯二甲酰对苯二胺的聚合体。
25、晶须是在人工控制条件下生长的细小单晶，直径为0.2～1μm，长度为数十微米。
这样细小的单晶缺陷小，强度高，生长良好的晶须强度接近晶体的理论值。
用晶须增强金属、聚合物、陶瓷基体均可明显提高材料的强度、韧性、模量及高温性能。
第四章1、聚合物基复合材料的特点（简答题）⑴比强度大，比模量大；⑵耐疲劳性能好；⑶减振性能好；⑷耐烧蚀性能好；⑸工艺性好。
37、常用的热固性树脂（填空题）不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂。
不饱和树脂主要用于玻璃纤维复合材料，而环氧树脂常用于碳纤维复合材料。
38、常用的热塑性树脂（填空题）聚烯烃、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮等39、常用的橡胶有（填空题）天然橡胶、丁苯胶、氯丁胶、丁基胶、丁腈胶、聚丁二烯橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶等。
40、玻璃纤维增强热固性塑料（GFRP）（填空题）是指玻璃纤维作为增强材料，热固性塑料作为基体的纤维增强塑料，俗称玻璃钢。
玻璃钢可分为3类：①玻璃纤维增强环氧树脂、②③玻璃纤维增强酚醛树脂、玻璃纤维增强聚酯树脂。
第五章41、金属基复合材料的分类：（填空）⑴按增强体类型分：①颗粒增强复合材料；②层状增强复合材料；③纤维增强复合材料。
⑵按基体类型分：铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、镍基、耐热金属基、金属间化合物基等复合材料。
⑶按用途分：①结构复合材料；②功能复合材料。
42、金属基复合材料的制造工艺：⑴固态法：将金属基体（金属粉末或金属箔）与增强体复合在一起，形成复合材料。
粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、拉拔法。
⑵液态成形：金属基体处于熔融状态下与固体增强物复合成材料的方法。
挤压铸造法、真空吸铸、液态金属浸渍法、真空压力浸渍法、搅拌复合法。
⑶自生成法及其他制备工艺：①自生成法：在基体金属内部通过加入反应物质，或通入反应气体在液态金属内部反应，产生微小的固态增强相。
②其他方法：复合涂（镀）法。
第六章1、陶瓷基复合材料的种类（填空题）⑴按材料作用分类①结构陶瓷复合材料；②功能陶瓷复合材料。
⑵按增强材料形态分类①颗粒增强陶瓷复合材料；②纤维（晶须）增强陶瓷复合材料；③片材增强陶瓷复合材料；⑶按基体材料分类①氧化物基陶瓷复合材料；②非氧化物基陶瓷复合材料；③微晶玻璃基陶瓷复合材料；④碳/碳复合材料2、颗粒增强体按其相对于基体的弹性模量大小，可分为两类（填空题）⑴延性颗粒复合于强基质复合体系；⑵刚性粒子复合于陶瓷中。
3、如何制备陶瓷材料⑴粉体制备①机械制粉：一般有球磨和搅拌振动磨等方式；②化学制粉：可分为固相法、液相法和气相法。
⑵增强体制备和预处理增强体有纤维、晶须或陶瓷薄片。
⑶成型①模压成型；②等静压成型；③热压铸成型；④挤压成型；⑤轧膜成型；⑥注浆成型；⑦流延法成型；⑧注射成型；⑨直接凝固成型等。
