《复合材料》试卷及答案

PAGE《复合材料》试卷及答案一、选择题1.纤维增强塑料一词缩写为（）。A.FRPB.CFRPC.GFRPD.GDP2.生产碳纤维的最主要原料是（）。A.沥青B.聚丙烯腈C.聚乙烯D.人造丝3.玻璃钢是（）。A.玻璃纤维增强Al基复合材料B.玻璃纤维增强热固性塑料C.氧化铝纤维增强塑料D.碳纤维增强热固性塑料4.FR-TP是指（）。A.水泥基体复合材料B.碳纤维增强树脂基复合材料C.玻璃钢复合材料D.玻璃纤维增强热塑性塑料5.金属基复合材料通常（）。A.以重金属作基体B.延性比金属差C.弹性模量比金属低D.较基体具有更高使用的温度6.复合材料中的残余应力主要有下列哪个因素造成的（）。A.在制备复合材料时，由于冷却速度过快，使应力来不及缓和造成的B.基体材料与增强材料的化学相容性不好造成的C.基体材料与增强材料的热膨胀系数的差异性造成的D.基体材料与增强材料力学性能不同造成的二、填空题1.复合材料中的连续相，称为，其它的相分散于连续相中，提高材料的力学性能，称为。2.按用途分类，复合材料可分为和复合材料。3.E玻璃纤维是指，A玻璃纤维是指。4.晶须是指。5.在聚合物基复合材料中，常见的热固性树脂基体有，，等。6.比强度是指。7.金属陶瓷是指。8.自生成法是指，解决了复合材料中的和两个常见问题。9.制备铝基复合材料常见的液态金属法有，，等。10.化学气相渗透法（CVI）在制备陶瓷基复合材料时主要用于（空格中填写增强相的形式）增强陶瓷基复合材料。11.按性能高低，复合材料可分为和复合材料。（2分）13.晶须是指。（2分）14.纤维支数是指。（2分）15.比刚度是指。（2分）16.在金属基复合材料中，常见的用于450℃以下的轻金属基体有、，常见的用于450~700℃的基体有，常见的用于1000℃以上的基体有、。（5分）17.微晶玻璃是指。（2分）18.自生成法是指，解决了复合材料中的和两个常见问题。（4分）19.无机胶凝材料是指。（2分）10.在聚合物基复合材料中，常见的热固性树脂基体有、。（2分）三、简答题1.复合材料的特点。2.简述聚合物基复合材料与其它类型的复合材料相比具有哪些特点？3.简述碳纤维增强体的特点和主要的应用领域。4.简述液相法和固相法制备金属基复合材料的不同点。5.分别简述延性颗粒和刚性颗粒增强陶瓷基复合材料的增韧机理。6.简述粉末冶金法制备金属基复合材料的优缺点。7.简述用坍落度试验测定混凝土混合料的和易性。四、论述题1.与金属相比，玻璃钢有那些优缺点？2.试述以聚丙烯腈PAN为原材料用有机纤维碳化法制备碳纤维的制备过程，及所涉及的化学反应。3.试述在选择金属基复合材料的增强体时要遵循哪些原则？讨论Al2O3颗粒和B4C颗粒这两种增强体是否适合用于镁基复合材料的增强体？4.试述碳化硅纤维的两种制备方法，分别列出这两种方法在制备过程中的温度变化和化学反应，对比用不同方法制备得到的碳化硅纤维有何不同？5.试述陶瓷基复合材料有几种界面结合方式，其界面控制方法又有哪几类？答案一、选择题1.纤维增强塑料一词缩写为（A）A.FRPB.CFRPC.GFRPD.GDP2.生产碳纤维的最主要原料是答：聚丙烯纤维、黏胶丝和沥青纤维（B）A.沥青B.聚丙烯腈C.聚乙烯D.人造丝3.玻璃钢是答：玻璃纤维增强塑料（B）A.玻璃纤维增强Al基复合材料B.玻璃纤维增强热固性塑料C.氧化铝纤维增强塑料D.碳纤维增强热固性塑料4.FR-TP是指（D）A.水泥基体复合材料B.碳纤维增强树脂基复合材料C.玻璃钢复合材料D.玻璃纤维增强热塑性塑料5.金属基复合材料通常（D）A.以重金属作基体B.延性比金属差C.弹性模量比金属低D.较基体具有更高使用的温度6.复合材料中的残余应力主要有下列哪个因素造成的（C）A.在制备复合材料时，由于冷却速度过快，使应力来不及缓和造成的B.基体材料与增强材料的化学相容性不好造成的C.基体材料与增强材料的热膨胀系数的差异性造成的D.基体材料与增强材料力学性能不同造成的二、填空题1.复合材料中的连续相，称为基体，其它的相分散于连续相中，提高材料的力学性能，称为增强体。2.按用途分类，复合材料可分为结构和功能、结构\功能一体化复合材料。3.E玻璃纤维是指无碱玻璃纤维，A玻璃纤维是指有碱玻璃纤维。4.聚合物基复合材料中，常见的热塑性树脂基体有聚丙烯、聚氯、聚酰、聚碳酸酯。5.在聚合物基复合材料中，常见的热固性树脂基体有环氧树脂，酚醛树脂，不饱和聚酯，呋喃树脂等。6.比强度是指材料抗拉强度与材料比重之比。7@比刚度指材料弹性模量与其密度之比。8.自生成法是指在复合材料制造过程中，增强材料在基体中生成和生长的方法，解决了复合材料中的相容性和界面反应两个常见问题。9.制备铝基（金属基）复合材料常见的液态金属法有真空压力浸渍法、挤压铸造法、搅拌复合法、液态金属浸渍法、真空吸铸法、热喷涂法等。液态法是在基体金属处于熔融状态下，与增强材料混合组成新的复合材料的方法。10.固态法：固态法是在基体金属处于固态情况下，与增强材料混合组成新的复合材料的方法。其中包括粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、挤压和拉拔法、爆炸焊接法等。11.表面复合法（新型制造方法）包括：原位自生成法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、化学镀和电镀法及复合镀法等。12.化学气相渗透法（CVI）制备陶瓷基复合材料时主要用于纤维，晶须，颗粒或多孔陶瓷烧结体，（空格中填写增强相的形式）增强陶瓷基复合材料。13按性能高低，复合材料可分为普通和先进复合材料。14纤维支数是指表示纺织纤维粗细程度的单位。15.金属陶瓷是指由一种或几种陶瓷相与金属或合金所组成的复合材料。16.在金属基复合材料中，常见的用于450℃以下的轻金属基体有铝合金、镁合金，常见的用于450~700℃的基体有钛合金，常见的用于1000℃以上的基体有镍基、铁基耐热合金、金属间化合物。（5分）17.微晶玻璃是指通过加入晶核剂等方法，经过热处理过程在玻璃中形成晶核，再使晶核长大而形成的玻璃与晶体共存的均匀多晶材料，又称为玻璃陶瓷。（2分）18.无机胶凝材料是指经过一系列物理、化学作用，或与其他物质混合后一起经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒材料或块、片状材料胶结成整体的物质。19.晶须是以单晶体形式生长的形状类似短纤维，而尺寸远小于短纤维的须状单晶体。三、简答题1.复合材料的特点。（1）由两种或多种不同性能的组分通过宏观或微观复合在一起的材料，组分间有明显的界面。（2）各组分保持各自固有特性的同时可最大限度地发挥各组分的优点，赋予单一材料所不具备的优良特殊性能。

（3）复合材料具有可设计性。（4）保持其固有的物理、化学性质，性能取决于各组成相性能的协同。2简述聚合物基复合材料与其它类型的复合材料相比具有哪些特点？①比强度大，比模量大。②耐疲劳性能好。③减振性好。④耐烧蚀性能好。⑤工艺性好。

3.简述碳纤维增强体的特点和主要的应用领域。碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学辐射等特性，除此之外还具有纤维的柔曲性和可编性，强度和比模量优于其它无机纤维。但碳纤维细脆、抗冲击性和高温抗氧化性较差。碳纤维的应用：(1)航空航天方面的应用(2)交通运输方面的应用(3)运动器材(4)其它方面可用于化工耐腐蚀制品。4.简述液相法和固相法制备金属基复合材料的不同点。液相法是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。金属在熔融态流动性好，在一定的外界条件下容易进入增强物间隙中。液态法制造金属基复合材料时，制造温度高，易发生严重的界面反应，有效的控制界面反应是液态法的关键。固相法将金属粉末或金属箔与增强物按设计要求以一定的含量、分布、方向混合或排布在一起，再经过加热、加压，将金属基体与增强物复合在一起。整个工艺过程处于较低的温度，金属基体和增强物都处于固态，界面反应不严重。

5.分别简述延性颗粒和刚性颗粒增强陶瓷基复合材料的增韧机理。①延性颗粒是指金属颗粒Fe、Co、Ni、Cr、Mo、W等，通过这些金属第二相粒子的加入在外力作用下产生一定的塑性变形或沿晶界滑移产生蠕变来缓解应力集中，达到增韧作用。②刚性颗粒是指陶瓷，由于第二相粒子与基体晶粒之间的弹性模量与热膨胀系数上的差异，在冷却过程中粒子与基体周围形成残余应力场，这种应力场与扩展裂纹尖端应力交互作用，从而产生裂纹偏转、绕道、分支和钉扎等效应，对基体起增韧作用。6.简述粉末冶金法制备金属基复合材料的优缺点。优点：①烧结温度低于金属熔点，减小界面反应对复合材料性能的不利影响。②可根据性能要求，使增强材料与基体金属粉末以任何比例混合。③可降低增强材料与基体互相湿润和密度差的要求，使颗粒或晶须均匀分布在金属基复合材料的基体中。④采用热等静压工艺时，其组织细化、致密、均匀，一般不会产生偏析、偏聚等缺陷。⑤粉末冶金法制备的金属基复合材料可通过传统的金属加工方法进行二次加工。可以得到所需形状的复合材料构件的毛坯。缺点：①工艺过程比较复杂；②金属基体必须制成粉末，增加了工艺的复杂性和成本；③在制备铝基复合材料时，还要防止铝粉引起的爆炸。7.简述用坍落度试验测定混凝土混合料的和易性。流动性的测定①将拌和物分三层填入坍落度筒中；②每一层插捣25下；③将表面抹平；④垂直提起圆锥筒；⑤量出筒高与试体最高点之间的高度差—坍落度。四、论述题1.与金属相比，玻璃钢有那些优缺点？优点：（1）轻质高强。（2）优良的耐化学腐蚀。（3）优良的电性能

。（4）

良好的隔热性能。

（5）良好的表面性能

。（6）可设计性好

。（7）良好的施工工艺性。缺点

：(1)

同金属相比，玻璃钢的弹性模量较低；不适合做轴承

(2)长期耐温性一般在l00℃以下，个别可达到150℃左右，低于金属和无机材料

(3)对溶剂和强氧化性介质的耐蚀性也较差。2.试述以聚丙烯腈PAN为原材料用有机纤维碳化法制备碳纤维的制备过程，及所涉及的化学反应。PAN纤维→预氧化→碳化→石墨化→表面处理预氧化：PAN纤维六元环的梯形结构碳化：在400℃～1900℃的惰性气氛（N2）中进行，碳纤维生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改变了原PAN纤维的结构，形成了碳纤维。含碳量95%左右。预氧化纤维乱层石墨结构CF-II石墨化：在2000℃～3000℃的温度下，密封装置，施加压力，保护气体（Ar）中进行，目的是使纤维结构转变为规整的石墨晶体结构，与纤维轴方向的夹角进一步减小以提高碳纤维的弹性模量CF-IICF-I表面处理：提高CF表面活性，改善CF复合材料的性能3.试述在选择金属基复合材料的增强体时要遵循哪些原则？讨论Al2O3颗粒和B4C颗粒这两种增强体是否适合用于镁基复合材料的增强体？答：1、根据金属基复合材料的使用要求；2、根据金属基复合材料的组成特点；3、根据金属基体与增强体的相容性；Al2O3颗粒不适合用于镁基复合材料的增强体，因为会发生以下化学反应：3Mg+Al2O3=2Al+3MgO降低其与基体之间的结合强度，常用的Al2O3常含有少量的SiO2，与Mg发生强烈反应；2Mg+Al2O3=Si+2MgO2Mg+Si=Mg2Si沉淀，危害界面结合强度因此，镁复合材料中较少采用Al2O3作为增强体。B4C颗粒适合用于镁基复合材料的增强体，因为B4C与纯镁不反应，但颗粒表面的玻璃态B2O3与Mg发生界面反应，液相的产生使得润湿性增加，不但不降低界面的结合强度，还有利于复合材料具有优良的力学性能。4.试述碳化硅纤维的两种制备方法，分别列出这两种方法在制备过程中的温度变化和化学反应，对比用不同方法制备得到的碳化硅纤维有何不同？碳化硅纤维的两种制备方法有CVD法和先驱体转化法。CVD法是氯硅烷与氢气在热丝上发生热解反应SiC，并沉积在热丝上形成带有芯材的连续SiC纤维。CH3SiCl3®SiC¯+3HCl先驱体转化法是1975

年由日本矢岛Yajima首先研制成功。有Nicalon（尼卡隆1981）

和Tyranno（奇拉隆1986