复合材料学复习

1.

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

2. (1)按基体材料的类型分：金属基复合材料，聚合物基复合材料，无机非金属基复合材料

(2)按增强材料的种类分：玻璃纤维复合材料 ，碳纤维复合材料，有机纤维复合材料 ，金属纤维复合材料 ，陶瓷纤维复合材料

(3)按用途分：结构复合材料 ，功能复合材料

3. 结构复合材料是由基体、增强体和两者之间的界面组成，复合材料的性能则取决于增强体与基体的比例以及三个组成部分的性能

4.

5. RMC中聚合物基体的主要作用是：

a.把纤维粘接在一起；

b.分配纤维间的荷载；

c.保护纤维不受环境影响。

6.

无机凝胶材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等

7. 复合材料的增强体作用：增加强度、改善性能

8. 界面是复合材料的特征

9. 复合材料的增强体按其几何形状和尺寸主要有三种形式：颗粒、纤维和晶须。与之对应的增强机理可分颗粒增强原理、纤维增强原理、短纤维增强原理和颗粒与纤维混杂增强原理。

10. 颗粒增强原理分为：

（1） 弥散增强原理：

承力：基体 弥散颗粒：阻碍位错

颗粒尺寸越小，体积分数越高，强化效果越好

（2） 颗粒增强原理：

承力：基体（主），颗粒（次） 大颗粒：阻碍位错；承受载荷

颗粒尺寸越小，体积分数越高，颗粒对复合材的增强效果越好。

11.

混合法则：纤维、基体对复合材料平均性能的贡献正比于它们各自的体积分数

对于单向连续纤维增强复合材料弹性模量 、抗张强度、泊松比、剪切强度等性能均符合混合法则。

12.

平行于纤维方向称为“纵向”，垂直于纤维方向为“横向”

12．复合材料初始变形后的行为：

四个阶段：1）纤维与基体均为线弹性变形；2）纤维继续线弹性变形，基体为非线性变形；3）纤维与基体都是非线性变形；4）随着纤维断裂，复合材料断裂

金属基复合材料的第二阶段占比较大的比例，而脆性纤维复合材料未观察到第三阶段。

13.短纤维一般指长径比小于100的各种增强纤维。

14.复合材料的界面是指一层具有一定厚度（纳米以上）、结构随基体和增强体而异的、与基体有明显差别的新相

复合材料的界面虽然很小，但它是有尺寸的，约几个纳米到几个微米，是一个区域，或一个带、一层，它的厚度呈不均匀分布状态

15. 聚合物基复合材料界面及改性方法：

在聚合物基复合材料的设计中：

（1） 首先应考虑如何改善增强材料与基体间的浸润性；

（2） 还要保证有适度的界面结合强度；

（3） 同时还要减少复合材料成型中形成的残余应力；

（4） 调节界面内应力和减缓应力集中

浸润不良将会在界面产生空隙，易产生应力集中而使复合材料发生开裂。

在复合材料成型过程中形成的界面残余应力，会使界面传递应力的能力下降，最终导致复合材料的力学性能降低。

在增强纤维与基体之间引入一层可产生变形的界面层，在应力作用下吸收导致微裂纹增长的能量，从而抑制微裂纹的扩展。

16. 金属基复合材料的界面改性方法：

金属基复合材料的界面控制主要有以下两方面：

（1）对增强材料进行表面涂层处理

（2）金属基体合金化

（3）优化制备工艺方法和参数

17.对复合材料来讲，材料组元之间相互浸润是复合的首要条件。 18.在制备金属基复合材料时，液态金属对增强材料的浸润性，直接影响到界面粘结强度。

19.

纤维增强材料不仅是指纤维束丝，还包括纺织布、带、毡等纤维制品。

20. GF的分类一般按照玻璃原料成分、单丝直径、纤维外观及纤维特性等方法分类

21. 以玻璃原料成分分类（用于连续GF的分类）

一般以不同的碱金属氧化物含量来区分

22. GF对除HF、浓碱、浓H3PO4外，对所有化学药品及有机溶剂具有良好的化学稳定性。

GF的化学稳定性主要取决于其成分中的SiO2及碱金属氧化物的含量。

GF的化学稳定性还受温度的影响

23. 浸润剂的作用：

（1）润滑作用，防止纤维间的磨损，使纤维得到保护；

(2)黏结作用，使单丝集束成原纱或丝束；

（3）防止纤维表面聚集静电荷；

（4）使纤维获得能与基体材料良好黏结的表面性质。

25．碳纤维是有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳。

（质量小、高强度、高模量、耐热性好、化学稳定性好）

26. CF的制造方法：

（1）气相法：只能制造晶须或短纤维，不能用于制造长纤维 。

（2）有机纤维碳化法：将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维，然后再在惰性气氛中于高温下进行焙烧碳化，使有机纤维失去部分碳和其他非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状物。此法用于制造连续长纤维。

一般以有机纤维为原料制造CF的工艺过程：

（1）喷丝 （2）预氧化处理 （3）碳化处理 （4）石墨化处理。

常用的CF原丝（制造C纤维的主要原料）：聚丙烯腈（PAN）纤维、粘胶纤维（人造丝）、沥青基碳纤维

27. 碳化硅纤维: 性能及应用,具有高比强度、高比模量、高温抗 氧化性、优异的耐烧蚀性、耐热冲击性等

28. 碳化硅纤维的制备:

（1）化学气相沉积法(CVD),

制备工艺：

主要原料：硅烷、氢气

沉积方式：在Ｃ、W芯丝进行沉积反应

性能影响：先驱气体成分、供丝速度和沉积温度。

（2）先驱体转化法碳化硅纤维

29.碳化硅纤维的性能特点：

拉伸强度和模量大，密度小；优良的耐热性能；耐辐照和吸波性能好；具有半导体性质，根据处理温度不同可以控制不同的导电性。

30.芳纶纤维在复合材料中饮用最普遍的是聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（PPTA），例如我国的芳纶1414

31.纺丝有湿纺、干喷和干喷—湿纺三种方法。

32.通过电镜对纤维观察表明，芳纶是一种沿轴向排列的有规则的褶叠层结构

33. PPTA（聚对苯二甲酰对苯二胺）纤维制备: 纺丝液由浓硫酸(浓度为100％)与聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)组成，配成的液晶溶液称为明胶。配比为:PPTA/浓硫酸=20/100

34.芳纶纤维性能：芳纶纤维具有优异的拉伸强度和拉伸模量，优良的减震性、耐磨性、耐冲击性、抗疲劳性、尺寸稳定性、耐化学腐蚀性（但不耐强酸和强碱），低膨胀、低导热，不燃不熔，电绝缘，透电磁波，以及密度小的特点。

35.晶须（Whiskers）是以单晶结构生长的直径小于3µm的短纤维。

晶须是一种无缺陷的理想完整晶体，是目前已知纤维中强度最高的一种。晶须一般都是一维线形针状体

36.用以改善复合材料力学性能、提高断裂功、耐磨性和硬度、增进耐腐蚀性能的颗粒状材料，称为颗粒增强体

37.颗粒增强体三种增韧机制: 相变增韧,微裂纹增韧,混合增韧

38.按照颗粒增强复合材料的基体不同，颗粒增强体可以分为颗粒弥散强化陶瓷、颗粒增强金属和颗粒增强聚合物。

39.按照变形性能，颗粒增强体可以分为刚性颗粒和延性颗粒两种.

延性颗粒，主要为金属颗粒

40.颗粒增强复合材料的力学性能取决于颗粒的形貌、直径、结晶完整度和颗粒在复合材料中的分布情况及体积分数。

41. 聚合物基复合材料定义：一种或多种直径为微米级的增强体分散于聚合物塑料基体中的复合材料。属（微米级）复合材料

42.复合材料结构设计综合过程：

（1）明确设计条件，如性能要求、载荷情况、环境条件、形状限制等；

（2）材料设计，包括原材料选择、铺层性能的确定、复合材料层合板的设计等

（3）结构设计，包括复合材料典型结构件的设计，以及复合材料 结构的设计。

43.体现结构性能的主要内容：

(1) 结构所能承受的各种载荷，确保在使用寿命内的安全

(2)提供装置各种配件、仪器等附件的空间，对结构形状和尺寸有一定的限制

(3)隔绝外界的环境状态而保护内部物体

44.结构承载分静载荷和动载荷。

45. 环境条件：（选）

（1）力学条件：加速度、冲击、振动、声音等

（2）物理条件：压力、温度、湿度等

（3）气象条件：风雨、冰雪、日光灯等

（4）大气条件：放射线、霉菌、盐雾、风沙等

46.原材料的选择原则：

（1）比强度、比刚度高

（2）材料与结构的使用环境相适应

（3）满足结构特殊性要求

（4）满足工艺性要求

（5）成本低、效益高

47.树脂选择 主要有热固性和热塑性树脂可供选择

48.安全系数的确定

在结构设计中，为了确保结构安全工作，又考虑结构的经济性，要求质量轻、成本低，因此，在（保证安全）的条件下，应尽可能（降低）安全系数。

49.

注射成型法所得制品的精度高、生产周期短、效率较高、容易实现自动控制，除氟树脂外，几乎所有的热塑性树脂都可以采用这种方法成型。

50. 预制带包括半固化带、喷涂带、PVD带和单层带等

51. 片层状增强相增强金属基复合材料的片层间距是微观的，属于结构复合材料，不包括包覆材料

52. 影响扩散黏结过程的主要参数有 温度、压力和一定温度及压力下维持的时间，其中温度是最为重要的，气氛对产品质量也有一定影响。

53.爆炸焊接法的工艺特点：由于加载压力和界面高温持续时间极短，阻碍了基体与增强体之间界面的化合反应，焊合区的厚度常在几十微米以内；复合界面上看不到明显的界面层，不会产生脆性的金属化合物，产品性能稳定；可以制造形状复杂的零件和大尺寸的板材，还可以一次作业制得多块复合材料板；采用的是块式法生产，无法连续生产宽度较大的复合坯料，而且爆炸所带来的振动和噪音难以控制。

54.铝基复合材料的特点

A 密度低 B基体合金选择范围广C热处理性好D制备工艺灵活等优点

55．镍基变形高温合金以镍为基体(含量一般大于50％)，加入钨、钼、钴、铬、铌等合金元素，使用温度在650～1000℃，具有较高的强度、良好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力，用于制造燃气涡轮发动机的燃烧室等。

56.

镍基铸造高温合金是以镍为基体，用铸造工艺成型的高温合金，

57.

用钨丝、钍钨丝增强镍基合金还可以大幅度提高其高温性能。

59. 陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相材料，使之增强、增韧的多相材料又称为多“相复合陶瓷”或“复相陶瓷”

60.

陶瓷基体材料主要由已结晶和非结晶两种形态化合物存在，按照组成化合物的元素不同可分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。还会以一些混合氧化物的形态存在。

61. 陶瓷基复合材料中的增强体，通常也称为增韧体。从几何尺寸上增强体可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类

在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的增强材料是碳纤维、玻璃纤维、硼纤维