昆工-金属基复合材料思考题1.doc

金属基复合材料思考题材料073 李荣华 200710204326第一章1. 什么是“复合思想”，复合思想是怎样形成的，又是怎样发展的？答：定义：复合材料是由两种和两种以上的材料通过先进的材料制备技术组合而成的一种多相材料。复合材料的含义：（1）复合材料的组分是人们有意选择和设计的。（2）复合材料必须是人工制造的。（3）复合材料必须由两种和两种以上化学及物理性质不同的材料组成。（4）复合材料既保持各组分材料性能的优点，又具有单一组元不具备的优良性能复合材料的发展历史1. 古代复合材料 草增强泥基复合材料 漆器 以固化生漆为基体，麻布为增强材料 弓 由动物的腱、角和木片粘合而成的复合材料2. 近代复合材料层合板 由薄板和粘结剂合成 钢筋混泥土 1867年专利 纤维增强橡胶 1897年提出 3. 现代复合材料第一代复合材料 （20世纪 40年代） 玻璃纤维增强塑料 第二代复合材料 （20世纪 60-70年代） 高性能纤维增强树脂，如碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、纺伦纤维 又称 先进复合材料 第三代复合材料 （20世纪 70年代） 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 2. 举例说明具有复合材料形态的天然材料组织的合理性和优良的性能。答：3. 是否任意两种材料都能复合，都能制成复合材料？答：(1)要形成复合材料，两种材料必须在界面上建立一定的结合力，界面结合力大致可分为物理结合力和化学结合力。(2)遵循协同效应思想，即两种或多种因子组合作用效果大于两种或多种因子单独作用效果之和，并力求获得正混杂效应。(3)熔解和浸润结合时，基体能润湿增强体，相互之间发生扩散和熔解形成结合；反应结合时，基体与增强体应能反应生成有利的界面生成物，其厚度须控制在临界厚度以下。(4)如果形成结构复合材料，所选择的增强体力学性能(强度、模量)一定要大大高于基体。如形成功能复合材料，应该利用有利的复合效应，例如协同效应。4. 为什么金属基复合材料发展得比较缓慢？答：制约金属基复合材料发展的主要因素是成本过高5. 你对金属基复合材料的发展前景有何预想？答：金属基复合材料最早是在空天领域开始应用的，现在已经在汽车、电子、化工、兵器等工业部门都有了应用，已制造了汽车发动机的活塞、连杆、曲轴，机器人的齿轮，电子仪器的高速回转部件和滑动部件，半导体电极，超导电线，包钛钢和化工容器壳体和管道式热交换器，坦克的双硬度复合装甲板等。随着廉价增强材料的不断出现和复合成型技术的发展进步，金属基复合材料的应用会越来越广泛。6. 比较金属、陶瓷、聚合物基体的优缺点及应用。答：比较：（1）金属基复合材料相对于传统的金属材料来说，具有较高的比强度与比刚度；（2）而与树脂基复合材料相比，它又具有优良的导电性与耐热性；（2）与陶瓷基材料相比，它又具有高韧性和高冲击性能。金属基复合材料应用：（1）航空航天领域 如 B/A 飞机中部20米长的货舱桁架、Ti/A 机翼、导弹制导元件 （2）汽车工业 驱动轴、发动机缸体、汽缸缸套、刹车轮、活塞 （3）体育用品 羽毛球拍、网球拍、高尔夫夹头、杆、钓鱼杆 （4）电子 计算机散热板第二 章 复合理论 1.解释下列术语：强度增强率，纤维临界体积分数， 纤维最小体积分数。答：强度增强率: 表示复合材料的增强效果，指复合材料的平均屈服强度与未增强的基体的屈服强度之比。纤维临界体积分数: 复合材料破坏点处的纤维体积分数纤维最小体积分数:当纤维强度比基体强度越高，纤维临界体积分数Vfcrit 越小时的纤维体积分数2.按弥散增强原理，说明弥散颗粒的大小及分布的一般规律，以及提高分散强化复合材料强度的方法。答：原理：分散硬质点阻碍基体中的位错运动，质点阻碍位错能力越大，强化效果越好。在切应力的作用下，位错滑移，遇到质点位错线弯曲，位错线弯曲部分的曲率半径R为 R=Gmb/2 （2-1） 式中，Gm 为基体的剪切模量，b为柏氏矢量。若质点间的距离为Dp ，在的作用下，位错曲率半径R= Dp/2时，复合材料产生塑性变形， 到 y ，即屈服强度为 y = Gmb/ Dp （2-2）假设基体的理论断裂应力为Gm/30，基体屈服强度为Gm/100，它们分别为发生位错运动所需剪应力的上、下限。得出增强质点间距Dp 的上、下限分别为0.3m 和0.01m。若质点直径为d，体积分数为Vp，根据体视金相学，有如下关系： （2-3）代入（2-2）式即得：（2-4）由此可见，质点尺寸越小，体积分数越高，强化效果越好，一般 V=0.01%0.15%， d=0.010.1m 3.按颗粒增强原理，说明说明颗粒的大小及分布的一般规律，以及提高颗粒强化复合材料强度的方法。答：颗粒尺寸越小 ，体积分数越高，颗粒对复合材料的增强效果越强。一般规律 增强颗粒的直径为 1-50m 增强颗粒的间距为 1-25m 增强颗粒的体积分数 5% - 50%4.提高连续纤维单向增强复合材料纵向弹性模量和强度的方法有哪些？答：随体积分数的增加，单向连续纤维增强复合材料的纵向弹性模量增加，因此可以通过增加连续纤维的体积分数来增强金属基复合材料纵向弹性模量。对于连续纤维增强的金属基复合材料，纤维是主要的承载物体，纤维本身具有很高的弹性模量和强度，因此复合材料要采用高强度、高模量的增强纤维，而基体用低强度、低模量的材料，但基体的韧性要好。5.试导出连续纤维单向增强复合材料的纤维临界体积分数和纤维最小体积分数。答：纤维增强复合材料的破坏，主要由纤维断裂引起，故它的拉伸强度cu 可表示为 当Vf Vfmin 时，纤维开始起到增强作用。