1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載復(fù)合材料考試重點(diǎn)1、復(fù)合材料的概念：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。 a.性能 取長補(bǔ)短 ,協(xié)同作用； b.基 體 連續(xù)相2、聚合物基復(fù)合材料:1) 、熱固性聚合物基復(fù)合材料性能特點(diǎn)：(1)比強(qiáng)度、 比模量高。 (2) 加工性能好 (流動性好 )，可采用手糊成型、模壓成型、纏繞成型、注射成型和擠拉成型等。(3)過載安全性好：過載而有少數(shù)纖維斷裂時，載荷迅速重，新分配到未破壞的纖維上。（ 4）可具有多種功能性：耐燒蝕性、摩擦學(xué)性能、電絕緣性、耐腐蝕性、特殊的光、電、磁學(xué)性能。2）、熱塑性聚合物基復(fù)合材料性能特點(diǎn)： 斷裂韌性好；可重復(fù)再加工。3、

2、金屬基復(fù)合材料特點(diǎn) ：導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫、抗老化好。4、無機(jī)非金屬基復(fù)合材料特點(diǎn)：耐高溫 (>1000 )，耐磨，強(qiáng)度高，硬度大，抗氧化，耐化學(xué)腐蝕，熱膨脹系數(shù)小，但是脆性大。5、復(fù)合材料的增強(qiáng)材料分類：纖維及其織物、晶須、顆粒。特點(diǎn)：提高抗張強(qiáng)度和剛度、減少收縮，提高熱變形溫度和低溫沖擊強(qiáng)度等。6、芳綸纖維 (PPTA ：聚芳酰胺纖維 )-聚對苯二甲酰對苯二胺，通過液晶紡絲方法制成，分子鏈伸直平行排列結(jié)且晶度很高。性能特點(diǎn) ：1）、芳綸纖維的力學(xué)性能：拉伸強(qiáng)度高，沖擊性能好，彈性模量高，斷裂伸長高，密度小，有高的比強(qiáng)度與比模量； 2）、熱穩(wěn)定性 : 180下可長期使用； 低溫下 (-6

3、0 ) 不發(fā)生脆化亦不降解 , T>487 時，不熔化，但開始碳化高溫下直至分解也不變形；3）、化學(xué)性能:耐介質(zhì)性良好 ,但易受酸堿侵蝕7、聚乙烯纖維（ Polyethylene, PE）優(yōu)點(diǎn) ：高比強(qiáng)度、高比模量以及耐沖擊缺點(diǎn) ：熔點(diǎn)低、易蠕變。8、高強(qiáng)高模PE 纖維 ：又叫超高分子量聚乙烯,耐水性不好。、耐耐腐蝕、耐紫外線、耐低溫、電絕緣等。(UHMWPE) 纖維。與碳纖維、芳綸并稱為當(dāng)今世界三大高科技纖維。性能特點(diǎn) ：強(qiáng)度更高；質(zhì)量更輕，密度只有0.97g/cm ；化學(xué)穩(wěn)定性更好；具有很好的耐候性；耐低溫性好，使用溫度可以低至 -150。耐磨耐彎曲性能、張力疲勞性能、抗切割性能是現(xiàn)

4、有纖維中最強(qiáng)的。9、聚酰胺纖維（尼龍）性能特點(diǎn)：聚酰胺纖維具有耐磨性好、耐疲勞強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度高、抗沖擊負(fù)荷性能優(yōu)異、容易染色及與橡膠的附著力好等突出性能，因此， 聚酰胺纖維多用于作衣料和輪胎簾子線，其產(chǎn)量僅次于聚酯纖維，居第二位。10、玻璃纖維分類 ：無堿玻璃纖維(E 玻纖 )：堿金屬氧化物MO<0.5%； 中堿玻璃纖維：堿金屬氧化物含量MO 在 11.5% 12.5%；有堿玻璃纖維(A 玻璃 ):含堿量高 ,強(qiáng)度低 ,易潮氣侵蝕；特種玻璃纖維。（表面積大）11、玻璃纖維比玻璃的強(qiáng)度高很多的原因：高溫成型時減少了玻璃不均一性，微裂紋產(chǎn)生的機(jī)會減少。隨著直徑的減小，微裂紋存在的幾率也減少，

5、從而使纖維強(qiáng)度增高。“微裂紋理論 ”纖維直徑和長度對拉伸強(qiáng)度的影響,隨著纖維直徑的減小和長度的縮短，纖維中微裂紋的數(shù)量和大小就會相應(yīng)地減小，這樣強(qiáng)度就會相應(yīng)地增加。12、玻璃纖維的耐腐蝕性能比塊玻璃差很多的原因：由于玻璃纖維的比表面積大所造成。13、纖維支數(shù)的表示方法： 1）定重法 ：是用一克重原紗的長度來表示。例如：50 支紗，就是指一克重的原紗長50m 。2）、定長法 ：國際統(tǒng)一方法，通稱“TE ”(特克斯 )，是指 1000m 長的原紗的克重量 。例如：5 “ TEX ”就是指 1000m 原紗重 5g。學(xué)習(xí)必備歡迎下載14、碳纖維 ：是一種以碳為主要成分的纖維狀材料。1）、制作碳纖維的

6、 主要原材料 有三種： 人造絲 (粘膠纖維)；聚丙烯腈(PAN)纖維；瀝青2）、碳纖維的優(yōu)點(diǎn) ：強(qiáng)度和模量高、密度小；很好的耐酸性；熱膨脹系數(shù)小；很好的耐高溫蠕變性能（ 1900以上永久塑性變形） 。摩擦系數(shù)小、潤滑性好、導(dǎo)電性高。碳纖維的缺點(diǎn) ：價(jià)格昂貴，比玻璃纖維貴25 倍以上，抗氧化能力較差， 在高溫下有氧存在時會生成二氧化碳。15、硼纖維 ：硼纖維是用化學(xué)氣相沉積法由鎢底絲上用氫還原三氯化硼制成的。主要性能：具有很高的比強(qiáng)度和比模量。室溫下，化學(xué)穩(wěn)定性好，表面具有活性，不需要處理就能與樹脂進(jìn)行復(fù)合，復(fù)合材料具有較高的層間剪切強(qiáng)度，常溫下為惰性物質(zhì)， 但高溫下易與金屬反應(yīng)。16、氧化鋁纖

7、維 ：以氧化鋁為主要纖維組分的陶瓷纖維統(tǒng)稱為氧化鋁纖維。缺點(diǎn)是密度大，是纖維中最大的，主要用于金屬基復(fù)合材料，適合于制造既需要輕質(zhì)高強(qiáng)又需要耐熱的結(jié)構(gòu)件 。17、碳化硅纖維 ：碳和硅為主要組分的一種陶瓷纖維。相比于碳纖維和硼纖維，碳化硅纖維具有更好的高溫穩(wěn)定性，在1000以下，其力學(xué)性能基本上不變，可長期使用。具有良好的耐化學(xué)性能 ，且與金屬在1000以下也不發(fā)生反應(yīng)， 而且有很好的浸潤性，有益于金屬的復(fù)合。18、氮化硼纖維 ：在氧化過程中形成氧化硼保護(hù)層，可以防止深度氧化。在惰性或還原性氣氛中，氮化硼纖維直到2500纖維的性能是穩(wěn)定的。19、晶須增強(qiáng)體 ：晶須是一種針狀單晶體材料，其直徑為零

8、點(diǎn)幾至幾個 m，長度為幾 m 至數(shù)百 m 。強(qiáng)度最高，其機(jī)械強(qiáng)度幾乎等于相鄰原子間的作用力。20、晶須強(qiáng)度高的主要原因：、它的直徑非常小， 不能容納 使晶體削弱的空隙、位錯 和不完整等缺陷。、晶須材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整。21、顆粒增強(qiáng)體三種增韌機(jī)制：(1) 相變增韌和微裂紋增韌 ：當(dāng)材料受到破壞應(yīng)力時，裂紋尖端處的顆粒發(fā)生顯著的物理變化， 如晶形轉(zhuǎn)變， 體積改變、 微裂紋產(chǎn)生與增殖等，消耗能量，提高了復(fù)合材料的韌性。(2) 顆粒使裂紋擴(kuò)展路徑發(fā)生改變，如裂紋偏轉(zhuǎn)、彎曲、分叉、裂紋橋接或裂紋釘扎等，從而產(chǎn)生增韌效果。(3)以上兩種機(jī)制同時發(fā)生，此時稱為混合增韌。22、聚合物基復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)、可設(shè)計(jì)

9、性好、工藝性能好。1）、高分子化合物的固體形態(tài)分晶體和非晶體(無定形體)兩種。晶體高分子化合物兼有晶體和非晶體兩種形態(tài)。結(jié)晶區(qū)所占的百分?jǐn)?shù) （體積或者質(zhì)量） 稱為高分子化合物的結(jié)晶度高分子化合物的結(jié)晶度越大，其機(jī)械強(qiáng)度就越大， 熔點(diǎn)越高。 高分子化合物的力學(xué)性能主要決定于它的平均聚合度、結(jié)晶度及分子間力等因素。在一定范圍，聚合度越大， 力學(xué)性能越強(qiáng)。一般來說，結(jié)晶度越高或分子間力越大，力學(xué)性能越好。2)、老化 ：有些高分子化合物在長期使用過程中，可發(fā)生鏈的交聯(lián)或鏈的裂解反應(yīng)，使得高聚物的性能變脆、硬或變粘、軟，失去原有的彈性或機(jī)械強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱為老化。3）、天然橡膠的老化主要是降解引起的，而

10、合成橡膠的老化主要是交聯(lián)引起的。4）、防老化措施 ： (1) 改性 (2)添加防老劑 (3)表面處理5）對聚合物基體的選擇應(yīng)遵循下列原則：（） 能夠滿足產(chǎn)品的使用需要；強(qiáng)度、剛度、耐藥品性、 耐腐蝕性等。 (2)對纖維具有良好的浸潤性和粘接力；如要求膠液具有足夠長的適用期、預(yù)浸料具有足夠長的貯存期、固化收縮小等。低刺激性，價(jià)格合理。如使用溫度、3)容易操作，4)低毒性、學(xué)習(xí)必備歡迎下載6）、纖維增強(qiáng)的機(jī)理：由于樹脂的粘結(jié)作用和塑性流動，斷纖維被拉開的趨勢得到抑制，且斷纖維仍能承受應(yīng)力。材料受力引發(fā)裂紋時，軟基體能使裂紋不沿垂直應(yīng)力的方向發(fā)展，而發(fā)生偏斜， 使斷裂功有很大一部分消耗于反抗基體對纖

11、維的粘著力，阻止裂紋傳播。 纖維增強(qiáng)塑料時，纖維與樹脂基體界面粘合性的好壞是復(fù)合的關(guān)鍵。7）、玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料(GFRP) 玻璃鋼優(yōu)點(diǎn)： 比重小、耐腐蝕、絕緣性能好；缺點(diǎn)：剛性差 ,導(dǎo)熱性差 ,易老化8）、玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料（FR-TP）：聚酰胺、聚丙烯、低壓聚乙烯、ABS樹脂、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚等。優(yōu)點(diǎn) ：比重輕，比強(qiáng)度高，蠕變性大大改善。9）、樹脂基 CM 的缺點(diǎn) ：彈性模量低、耐熱性差、易老化、表面硬度低、耐磨性差。10）、功能高分子性能：材料對外部作用的抵抗特性。導(dǎo)電高分子 - 聚乙炔（共軛高分子，其分子結(jié)構(gòu)都是含有- 共軛結(jié)構(gòu)或同時含有 - 共軛和 p - 共軛結(jié)構(gòu)。

12、）分類：結(jié)構(gòu)導(dǎo)電高分子、復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料11）、聚合物基復(fù)合材料的成型工藝 ：手糊成型工藝、模壓成型工藝、層壓成型工藝、噴射成型工藝、連續(xù)纏繞成型工藝、拉擠成型工藝、注射成型工藝23、金屬基復(fù)合材料較高的比強(qiáng)度與比剛度、優(yōu)良的導(dǎo)電性與耐熱性、高韌性和高沖擊性能。1）、金屬基體材料的選擇原則：金屬基復(fù)合材料組成特點(diǎn)連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，纖維是主要承載物體，基體的應(yīng)是以充分發(fā)揮增強(qiáng)纖維的性能為主，應(yīng)與纖維有良好的相容性和塑性，基體的強(qiáng)度和模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于纖維。對于非連續(xù)增強(qiáng)（顆粒、晶須、短纖維）金屬基復(fù)合材料， 基體是主要承載物，基體的強(qiáng)度對復(fù)合材料具有決定性的影響。選用高強(qiáng)度鋁合金作為基體

13、，如顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料一般選用高強(qiáng)度鋁合金為基體。2）、基體金屬與增強(qiáng)物的相容性 ：高溫下成型， 處于高溫?zé)崃W(xué)非平衡狀態(tài)下的纖維與金屬之間很容易發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)，在界面形成反應(yīng)層。抑制界面反應(yīng)的方法：對增強(qiáng)纖維進(jìn)行表面處理；在金屬基體中添加其他成分；縮短材料在高溫下的停留時間等。3）、復(fù)合材料組分的相容性 ：物理相容性 是指基體應(yīng)有足夠的韌性和強(qiáng)度，從而能夠?qū)⑼獠拷Y(jié)構(gòu)載荷均勻地傳遞到增強(qiáng)物上，而不會有明顯的不連續(xù)現(xiàn)象。4）、金屬基復(fù)合材料的制備工藝 a、固態(tài)法（ PVD 法、粉末法、擴(kuò)散結(jié)合）；b、液態(tài)法（壓鑄法、半固態(tài)復(fù)合鑄造、噴射成型法、無壓浸滲法） ；c、粉末冶金法（粉料制備與壓制成型

14、、燒結(jié)） ；d、原位生長（復(fù)合）法（直接金屬氧（氮）化法、反應(yīng)自生成法、共晶合金定向凝固法）5）、 金屬基復(fù)合材料制備工藝的選擇原則 ： 1）基體與增強(qiáng)劑的選擇，基體與增強(qiáng)劑的結(jié)合； 2）界面的形成機(jī)制，界面產(chǎn)物的控制及界面設(shè)計(jì)； 3）增強(qiáng)劑在基體中的均勻分布；4）制備工藝方法及參數(shù)的選擇和優(yōu)化； 5）制備成本的控制和降低，工業(yè)化應(yīng)用的前景。24、陶瓷基復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn) ：（ 1）結(jié)合鍵主要為離子鍵和共價(jià)鍵，具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度等基本屬性。 （2）陶瓷材料的彈性模量是各類材料中最高的。 （ 3）脆性材料，沖擊韌性極低，抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度。 （ 4）硬度高， 尤其是高溫硬度

15、高。 （ 5）熔點(diǎn)高， 高溫強(qiáng)度好，高溫抗氧化性好，抗熔融金屬侵蝕性高。 （ 6）導(dǎo)電能力在很大范圍內(nèi)變化。缺點(diǎn) ：性脆、加工性能差、可靠性差1)、氧化鋁陶瓷基體氧化鋁(Al2O3) 為主要成分的陶瓷稱為氧化鋁陶瓷，動力學(xué)穩(wěn)定的相 -Al2O3，屬六方晶系。增韌原理：氧化鋯有四方相和單斜相兩種形態(tài)，當(dāng)氧化鋯和氧化鋁的粉體混合并加熱至一定溫度，氧化鋯粒子從四方相向單斜相形態(tài)轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致體積改變吸收能量，減緩微觀裂紋尖端的應(yīng)力集中，從而起到增韌氧化鋁的作用。學(xué)習(xí)必備歡迎下載2) 、氧化鋯陶瓷基體 以氧化鋯 (ZrO2) 為主要成分的陶瓷稱為氧化鋯陶瓷。由于氧化鋯具有可逆相變， 故在氧化鋯陶瓷的燒

16、結(jié)過程中加入適量 CaO 、MgO 等與 ZrO2 結(jié)構(gòu)近似的氧化物作為穩(wěn)定劑，形成穩(wěn)定的立方相結(jié)構(gòu)。3) 、氮化硅陶瓷基體 氮化硅 (Si3N4) 為主要成分的陶瓷稱氮化硅陶瓷。有 和 兩種六方晶型 ，由于 Si-N 鍵結(jié)合強(qiáng)度高，難燒結(jié)。熱膨脹系數(shù)低，優(yōu)異的抗冷熱聚變能力，能耐除氫氟酸外的各種無機(jī)酸和堿溶液，耐熔融的鉛、錫、鎳、黃鋼、鋁等有色金屬及合金的侵蝕且不黏留這些金屬液。4）、碳化硅陶瓷基體以碳化硅(SiC) 為主要成分的陶瓷稱為碳化硅陶瓷。是一種非常硬和抗磨蝕的材料，以熱壓法制造的 SiC 可以用來作切割鉆石的刀具，具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，抗氧化性能。5) 、碳化硼陶瓷基體以碳化硼(

17、B4C) 為主要成分的陶瓷稱為碳化硼陶瓷。B4C 是一種低密度、高熔點(diǎn)、高硬度陶瓷。6) 、陶瓷基復(fù)合材料的加工制造方法：冷壓和燒結(jié)法、熱壓法；滲透，直接氧化，CVD 、CVI ，溶膠-凝膠，聚合物熱解，白蔓燃高溫合成(SHS) 等技術(shù)。增強(qiáng)機(jī)理： a、纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料的韌化機(jī)理主要是靠纖維的拔出與裂紋轉(zhuǎn)向機(jī)制，使其韌性及強(qiáng)度比基體材料大幅度提高。b、晶須的增強(qiáng)增韌效果好，但含量高時會使致密度下降，顆粒可克服這一弱點(diǎn)，但其增強(qiáng)增韌效果卻不如晶須。25、界面的粘結(jié) ：(1) 機(jī)械粘結(jié) ：基體在高溫時呈現(xiàn)為液體(或粘性體 )，可滲入或浸入纖維表面的縫隙等缺陷處，冷卻后形成機(jī)械結(jié)合。(2) 化

18、學(xué)粘結(jié) ：由于陶瓷基復(fù)合材料往往是在高溫條件下制備， 而且往往在高溫環(huán)境中工作，因此增強(qiáng)體與陶瓷之間容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)粘結(jié)的界面層或反應(yīng)層。為獲得最佳的界面結(jié)合強(qiáng)度， 希望避免或盡量降低界面間的化學(xué)反應(yīng) 程度和范圍，最常用的方法就是在與基體復(fù)合之前，往增強(qiáng)材料表面上沉積一層薄的涂層（對纖維還可起到保護(hù)作用）。26、復(fù)合材料設(shè)計(jì)原則 ：材料組元進(jìn)行復(fù)合（目的性能） 、各組元之間的相容性、各組元之間的浸潤性適當(dāng)?shù)慕缑嫘阅埽m當(dāng)?shù)慕缑娼Y(jié)合強(qiáng)度不僅有利于提高材料的整體強(qiáng)度（結(jié)合），更重要的是便于將基體所承受的載荷通過界面?zhèn)鬟f給增強(qiáng)材料，以充分發(fā)揮其增強(qiáng)作用。27、復(fù)合材料界面設(shè)計(jì)1）、聚合物基復(fù)合材料 改善增強(qiáng)材料與基體間的浸潤性2）、金屬基復(fù)合材料的特點(diǎn) 是容易發(fā)生界面反應(yīng)而生成脆性界面。若基體為合金， 則還易出現(xiàn)某元素在界面上富集的現(xiàn)象。有關(guān)金屬基復(fù)合材料的界面控制研究主要有以下兩方面：a、對增強(qiáng)材料進(jìn)行表面處理： 在增強(qiáng)材料組元上預(yù)先涂層以改善增強(qiáng)材料與基體的浸潤性，同時涂層還應(yīng)起到防止發(fā)生反應(yīng)的阻擋層作用。b、選擇金屬元素：改變基體的合金成分，造成某一元素在界面上富集形成阻擋層來控制界面反應(yīng)。3）、陶瓷基復(fù)合材料 既能提供界面粘接又能發(fā)生脫粘的界面層才能充分改善陶瓷材料韌性差的缺點(diǎn)。28、粘結(jié)的種類或機(jī)理主要取決于