复合材料B-答案.doc

中国海洋大学 2007-2008学年 第2学期 期末考试试卷 材料 学院 复合材料 课程试题(B卷)优选专业年级 材料化学、高分子材料与工程05级 学号 姓名 授课教师 田进涛 座号 -装-订-线- 共 6 页 第 1 页考试说明：本课程为闭卷考试，可携带 文具(或本课程为开卷考试，可携带 文具和 资料)，满分为：100 分。题号一二三四五六七总分得分一判断下列命题是否正确，如果有错误请改正（15题2分/题30分）1航空航天领域要求材料三高一低是高强度、高模量、耐高温、低密度。正确。2材料复合的线性效应中不包括平行效应。错误。材料复合的线性效应中包括平行效应。3碳化硅纤维既可以采用先驱体转化法制备，又可以采用CVD法制备。 正确。4玻璃纤维的拉伸强度和块体玻璃相当。错误。玻璃纤维的拉伸强度远远高于块体玻璃。5无机非金属材料由晶相、玻璃相和气相组成的多晶多相复合体。正确。授课教师命题教师或命题负责人签字 年 月 日院系负责人签字年 月 日共 6 页 第 2 页6构成线型聚合物时其链的形态包括交联型及网络型。错误。体型聚合物。7材料复合后性能有升有降，因此复合效应有正有负。 正确。8硼纤维不能采用先驱体转化法制备。 正确。9聚合物基复合材料的界面复杂程度与金属基复合材料相当。 错误。较之聚合物基复合材料，金属基复合材料的界面复杂得多。10凯芙拉纤维是无机纤维。 错误。凯芙拉纤维是有机纤维。11由于界面反应不利于复合材料力学性能的提高，因此应严格控制界面反应的发生。 错误。适当的界面反应有利于复合材料某些力学性能的提高。12聚合物基复合材料的高温力学性能主要由增强体控制。 错误。主要由基体控制。13玻璃纤维增强环氧树脂是综合性能较好的热塑性树脂基复合材料。 错误。热固性树脂。中国海洋大学 2007-2008学年 第2学期 期末考试试卷 材料 学院 复合材料课程试题(B卷)优选专业年级 材料化学、高分子材料工程05级 学号 姓名 授课教师 田进涛 座号 -装-订-线- 优选专业年级 XXX XXXX 学号 姓名 授课教师 座号 -装-订-线- 共 6 页 第 3 页14原位生长法制备复合材料具有增强体生成相热力学稳定性好的特点。正确。15用作复合材料基体时环氧树脂具有固化方便、黏附力强、固化收缩率低的特点。正确。二名词解释（5题3分/题15分）1复合材料：是用经过选择的、含一定数量比的两种或者两种以上的组分（或组元），通过人工复合，组成多相且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。2复合材料界面：复合材料中两相之间，例如增强体与基体之间，某种材料特性出现不连续的区域，即为界面。材料的特性包括原子浓度、晶体结构、原子配位、弹性模量、密度、热膨胀系数等。3相变增韧：以亚稳形式保存到低温的高温稳定相在应力诱导作用下，发生向低温稳定相转化，该过程使裂纹尖端的应力场松弛，吸收能量，从而达到增韧的目的。4玻璃钢：玻璃纤维(包括长纤维、布、带、毡等)增强热固性树脂(包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等)复合材料，其比强度比高级合金钢还高。5比强度：材料强度和其密度之比。共 6 页 第 4 页三简答题（3题，共35分）1. 简述复合材料发展的四个阶段及其性能特点与应用。（15分）（1）第一代：玻璃钢（玻璃纤维增强塑料），玻璃纤维用量一般为30% 60%，基体材料主要有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。玻璃钢具有比钢还高的比强度、良好的耐蚀性，制品已广泛应用于军工、机械、化学、体育和建筑行业（2）第二代：本世纪五六十年代开发的硼纤维、碳纤维以及芳纶纤维增强塑料基复合材料，它们在具有比玻璃钢更高的比强度和比刚度的同时，最高使用温度可达150摄氏度，称为第二代现代复合材料。（3）第三代：用金属做基体材料，使用温度大大提高（175 900摄氏度）；当用无机非金属材料做基体时使用温度范围更高（1000 2000 摄氏度）。同时开发了耐热性更高的氧化铝纤维和碳化硅纤维，还开发了各种晶须，使得现代复合材料的性能向耐热、高韧性和多功能方向发展，据此制备的复合材料称为第三代现代复合材料。（4）第四代：本世纪九十年代以来，一些新型高技术复合材料获得了巨大发展，如智能复合材料、梯度功能复合材料、仿生复合材料、纳米复合材料等。这些复合材料的研究与开发，必将为“复合材料”这门学科开辟一个暂新的天地。2复合材料有哪些共同特性？试简要说明。（10分）（1）比强度、比模量高：复合材料一般具有比强度、比模量高的性能特点。（2）良好的耐高温性能：可以在广泛的温度范围内使用，使用温度高于基体材料。（3）良好的尺寸稳定性：加入的增强体可以使其热膨胀系数明显下降。（4）性能具有可设计性：制造过程中诸多可调节因素使其具有性能的可设计性。（5）材料与构件制造的一致性：复合材料与复合材料构件是同时成型的。（6）良好的抗疲劳性能（7）良好的减振性 （8）良好的安全性中国海洋大学 2007-2008学年 第2学期 期末考试试卷 材料 学院复合材料课程试题(B卷)优选专业年级 材料化学、高分子材料工程05级 学号 姓名 授课教师 田进涛 座号 -装-订-线- 优选专业年级 XXX XXXX 学号 姓名 授课教师 座号 -装-订-线- 共 6 页 第 5 页3试列举陶瓷基复合材料的制备方法并作简要说明。（10分）（1）粉末冶金法：原料均匀混合后成型并烧结。（2）浆体法（湿态法）：各组元在浆体中弥散分布。（3）液态浸渍法：陶瓷熔体通过毛细管道渗入增强剂预制体孔隙。（4）溶胶凝胶法：基体成分容易控制、复合材料的均匀性好，但收缩率大。（5）化学气相浸渍法：材料内部残余应力小，但成本高、材料致密度低。（6）原位复合法：利用化学反应原位生成增强组元的方法。四分析讨论（2题10分/题20分）1与同质地的块状材料相比，纤维类增强体具有较高的强度和柔曲性，试简要论述其原因。（1）纤维类增强体具有较高的理论强度：固体材料理论强度随弹性模量和表面能的增大而增大，随原子半径增大而减小。用作纤维材料的一般是原子周期表中右上角的元素，例如Be、B、C、Al、Si以及它们与N、O的化合物，它们具有原子半径小的特点，其理论强度较高。（2）纤维类增强体由于直径小而具有较小的内部径向最大裂纹尺寸：纤维材料所包含的缺陷的形状、位置、取向和数目都有别与同质地的块状材料。纤维材料的直径小，内部的径向最大裂纹尺寸（对纤维的强度至关重要）远远小于块状材料中的裂纹尺寸，因此纤维的强度将获得很大的提高。并且，随着纤维直径的减小，其强度将获得进一步提高。纤维中轴向的最大裂纹尺寸虽然可与块体材料中的相比，但对轴向性能的影响则很小（纤维主要承受轴向拉伸载荷）。共 6 页 第 6 页（3）纤维类增强体由于直径小而具有较高的柔曲性：纤维类增强体的柔曲性主要取决于纤维直径，纤维直径越小，则柔曲性越好。较之同质地的块状材料，纤维类增强体由于非常细小的直径而具有较高的柔曲性。2下图为硼/铝复合材料中可能的裂纹扩展类型示意图，试就下图a、b两种方式，结合复合材料基体性能特点和界面强弱特点，分析讨论复合材料的韧性是如何得到改善的。（a）基体强度强于界面结合强度：裂纹在垂直于外张力载荷方向扩展时，受到纤维/基体界面的阻滞。由于裂纹尖端最大应力低于纤维的断裂应力，而大于纤维/基体界面的结合强度，裂纹放弃原来的扩展方向，转而在界面进行扩展。该过程有效地阻止了裂纹在原扩展方向的进一步扩展，吸收了能量，从而改善了复合材料的韧性