《复合材料》期末复习

复合材料

第一章

1、材料科技工作者的工作主要体现在哪些方面？（简答题）

①发现新的物质，测试新物质的结构和性能；

②由已知的物质，通过新的制备工艺，改善其微观结构，改善材料的性能；

③由己知的物质进行复合，制备出具有优良特性的复合材料。

2、复合材料的定义（名词解释）

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。

3、复合材料的分类（填空题）

⑴按基体材料分类

①聚合物基复合材料；

②金属基复合材料；

③无机非金属基复合材料。

⑵按不同增强材料形式分类

①纤维增强复合材料：

②颗粒增强复合材料；

③片材增强复合材料；

④叠层复合材料。

4、复合材料的结构设计层次（简答题）

⑴一次结构：是指由基体和增强材料复合而成的单层复合材料，其力学性能取决于组分材

料的力学性能，各相材料的形态、分布和含量及界面的性能；

⑵二次结构：是指由单层材料层合而成的层合体，其力学性能取决于单层材料的力学性能

和铺层儿何（各单层的厚度、铺设方向、铺层序列）；

⑶三次结构：是指工程结构或产品结构，其力学性能取决于层合体的力学性能和结构几何。

5、复合材料设计分为三个层次：（填空题）

①单层材料设计；

②铺层设计；

③结构设计。

第二章

1、复合材料界面对其性能起很大影响，界面的机能可归纳为哪几种效应？（简答题）

①传递效应：

基体可通过界面将外力传递给增强物，起到基体与增强体之间的桥梁作用。

②阻断效应:

适当的界面有阻止裂纹的扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。

③不连续效应：

在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象。

④散热和吸收效应：

光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收。

⑤诱导效应：

复合材料中的一种组元的表面结构使另一种与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生

变化。

2、对于聚合物基复合材料，其界面的形成是在材料的成型过程中，可分为两个阶段（填空题）

①基体与增强体的接触与浸润；

②聚合物的固化。

3、界面作用机理

界面作用机理是指界面发挥作用的微观机理。

⑴界面浸润性理论：

该理论认为，填充剂被液态树脂良好浸润是非常重要的。

⑵化学键理论：

该理论认为，化学键能实现两相之间的有效结合。

⑶物理吸附理论：

该理论认为，增强体与基体之间结合属于机械咬合和基于次价键的物理吸附。

⑷过渡层理论：

该理论认为，基体和增强体之间的界面区存在一个起着应力松弛作用的过渡层。

⑸拘束层理论：

该理论认为，界面区的弹性模量介于基体与增强体之间时，则可很均匀地传递应力。

⑹扩散理论：

该理论认为，该理论认为，聚合物的相互黏结是由表面上的大分子相互扩散形成的。

⑺减弱界面局部应力作用理论：

该理论认为，基体与增强体之间的处理剂提供了一种具有“自愈能力”的化学键。

4、金属基复合材料界面结合方式（填空题）

化学结合、物理结合、扩散结合、机械结合

5、陶瓷基复合材料定义（填空题）

陶密.基复合材料是指基体为陶盗材料的复合材料，增强材料包括金属和陶密.材料。

6、陶瓷基复合材料界面结合方式（填空题）

化学结合、物理结合、扩散结合和机械结合，其中以化学结合为主，有时几种界面结合方

式同时存在。

7、界面结构层的表征（填空题）

中国学者用CF/PEEK复合材料的模型体系，用Raman光谱表征了界面层结构，可以研究

碳纤维/线型聚合物界面近程结构这一长期未能解决的问题。

8、目前测定复合材料中残余应力的方法（填空题）

X射线衍射法、中子衍射法。

第三章

1、增强体（名词解释）

增强体是复合材料中能提高基体材料力学性能的组元物质，是复合材料的重要组成部分，

它可以起着提高基体的强度、韧性、模量、耐热、耐磨等性能的作用。

2、作为复合材料的增强体应具有哪些基本特性？（简答题）

⑴具有能明显提高基体某种所需特性的性能，以便赋予基体某种所需的特性和综合性能；

⑵具有良好的化学稳定性，不发生严重的界面化学反应，与基体相容性好；

⑶与基体有良好的润湿性，保证增强体与基体良好的复合和分布均匀。

3、增强体的分类（填空题）

①纤维类增强体；

②颗粒类增强体；

③晶须类增强体；

④金属丝；

⑤片状物增强体。

4、碳纤维

碳纤维由碳元素组成的一种高性能增强纤维，其最高强度已达7000MPa,最高弹性模量达

900GPa,而其密度约为1.8~2」g/cm3,并具有低热膨胀、高导热、耐磨、耐高温等优异性能，

是一种很有发展前景的高性能纤维。

5、碳的结构形态（填空题）

碳元素是一种非常轻的元素，碳有多种结构形态：有无定型态、金刚石、石墨等结构。

6、碳纤维的制造

⑴碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料。它只能以有机物为原料，采用间接法制造。

⑵制造方法可分为气相法和有机纤维碳化法。气相法只能制取短纤维或晶须，而有机纤维

碳化法可制造连续长纤维。

玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微晶子”组成，在“微晶子”之间由硅酸块过冷溶液所填

充。

17、网络结构假说（简答题）

认为玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧三面体或硼氧三面体相互连成不规则三维网络，网

络间的空隙由Na、K、Ca、Mg等阳离子填充。二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃性

能的基础，填充的Na、Ca等阳离子称为网络改性物。

18、玻璃纤维的化学组成（填空题）

主要是二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、三氧化二铝等。

19、玻璃纤维的化学组成（填空题）

玻璃纤维除对氢氟酸、浓碱、浓磷酸外，对所有的化学药品和有机溶剂都有良好的化学稳

定性。玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其化学成分中二氧化硅及碱金属氧化物的含量。

20、纤维支数的表述方法：

⑴质量法是用1g原纱的长度来表示：纤维支数二纤维长度/纤维质量。

40支纱，就是指1g质量的原纱长40m。

⑵定长法是目前国际统一使用的方法，通称〃tex〃（公制称号），是指1000m长的原纱的质

量。

4"tex〃指1000m原纱的质量为4g。

21、金属丝的制备（填空）

铸造热拔冷却、退火

合金熔炼盘条粗丝金属丝

鸽丝和铉鸽丝增强银基耐热合金是比较成功的金属基复合材料。

22、芳纶纤维

是芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商品牌号凯芙拉（Kevlar）纤维，我国命名为芳纶纤维,

有时也称有机纤维。

23、芳纶纤维的力学性能

芳纶纤维的拉伸强度高，其单丝拉伸强度可达3773MPa,它的抗冲击性能好，约为石墨纤

维的6倍，为硼纤维的3倍。

24、芳纶纤维的化学结构

芳纶纤维是对苯二甲酰对若二胺的聚合体。

25、晶须

是在人工控制条件下生长的细小单晶，直径为0.2〜lum,长度为数十微米。这样细小的

单晶缺陷小，强度高，生长良好的品须强度接近品体的理论值.用品须增强金属、聚合物、

陶瓷基体均可明显提高材料的强度、韧性、模量及高温性能。

第四章

1、聚合物基复合材料的特点（简答题）

⑴比强度大，比模量大；

⑵耐疲劳性能好；

⑶减振性能好；

⑷耐烧蚀性能好；

⑸工艺性好。

37、常用的热固性树脂（填空题）

不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、吠喃树脂。

不饱和树脂主要用于玻璃纤维复合材料，而环氧树脂常用于碳纤维复合材料。

38、常用的热塑性树脂（填空题）

聚烯燃、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯酸、聚飒、聚苯硫酸、聚酸酸酮等

39、常用的橡胶有（填空题）

天然橡胶、丁苯胶、氯丁胶、丁基胶、丁懵胶、聚丁二烯橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶等。

40、玻璃纤维增强热固性塑料（GFRP）（填空题）

是指玻璃纤维作为增强材料，热固性塑料作为基体的纤维增强塑料，俗称玻璃钢。玻璃钢

可分为3类：①玻璃纤维增强环氧树脂、②③玻璃纤维增强酚醛树脂、玻璃纤维增强聚酯树

脂。

第五章

41、金属基复合材料的分类：（填空）

⑴按增强体类型分：

①颗粒增强复合材料；②层状增强复合材料；③纤维增强复合材料。

⑵按基体类型分：

铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、银基、耐热金属基、金属间化合物基等复合材料。

⑶按用途分：

①结构复合材料；②功能复合材料。

42、金属基复合材料的制造工艺：

⑴固态法：将金属基体（金属粉末或金属箔）与增强体复合在一起，形成复合材料。

粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、拉拔法。

⑵液态成形：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。

挤压铸造法、真空吸铸、液态金属浸渍法、真空压力浸渍法、搅拌复合法。

⑶自生成法及其他制备工艺：

①自生成法：在基体金属内部通过加入反应物质，或通入反应气体在液态金属内部反应,

产生微小的固态增强相。

②其他方法：复合涂（镀）法。

第八草

1、陶瓷基复合材料的种类（填空题）

⑴按材料作用分类

①结构陶瓷复合材料；

②功能陶瓷复合材料。

⑵按增强材料形态分类

①颗粒增强陶瓷复合材料；

②纤维（晶须）增强陶瓷复合材料•；

③片材增强陶瓷复合材料；

⑶按基体材料分类

①氧化物基陶瓷复合材料；

②非氧化物基陶瓷复合材料；

③微晶玻璃基陶瓷复合材料；

④碳/碳复合材料

2、颗粒增强体按其相对于基体的弹性模量大小，可分为两类（填空题）

⑴延性颗粒复合于强基质复合体系；

⑵刚性粒子复合于陶瓷中。

3、如何制备陶瓷材料

⑴粉体制备

①机械制粉：一般有球磨和搅拌振动磨等方式；

②化学制粉：可分为固相法、液相法和气相法。

⑵增强体制备和预处理

增强体有纤维、晶须或陶瓷薄片。

⑶成型

①模压成型；②等静压成型；③热压铸成型；④挤压成型；⑤轧膜成型；⑥注浆成型；

⑦流延法成型；⑧注射成型；⑨直接凝固成型等。

⑷烧结

①普通烧结；②热致密化方法：包括热压、热等静压等；③反应烧结；④微波烧结；⑤

放电等离子烧结等。

4、陶瓷基复合材料的特殊的新型制备工艺（填空）

⑴溶体渗透

⑵化学气相渗透（CVI）

⑶由有机聚合物合成

⑷其他方法：①自蔓延高温合成（SHS）；②金属直接氧化技术。

5、ZrO2基

1170℃2370℃2715c

单斜ZrO2四方ZrO2立方ZrOz液体

单斜晶与四方晶之间的转变伴随着有7%〜9%的体积变化。加热时，单斜晶转变为四方晶，

体积收缩；冷却时，四方晶转变为单斜晶，体积膨胀。

6、SiC陶瓷基体

SiC是Si-c间键力很强的共价键化合物，具有金刚石结构。

7、m冲粉体主要有4种制备方法

⑴硅粉直接氮化；

⑵二氧化硅还原氮化；

⑶亚胺和胺化物热分解；

⑷化学气相沉积法。

8、布冲陶瓷常用的烧结方式（填空题）

反应烧结（RBSN）、热压烧结和常压烧结

9、碳/碳复合材料定义

以碳纤维增强碳基体增强的即是碳/碳复合材料

10、多向增强的碳/碳复合材料的制备的步骤（填空题）

首先是制备炭纤维预制体，然后将预制体与基体复合，即在预制体中渗入碳基体

11、预制体渗碳方法

⑴液体浸渍分解法；⑵化学气相沉积

12、碳/碳复合材料的性能（填空题）

⑴有机浸渍剂热解为基体碳时会发生60%〜65%的体积收缩，产生严重的工艺应力导致复

合材料损伤

⑵碳纤维/树脂界面转化为碳纤维/碳基体界面，界面特性发生变化。

⑶织物编织、热处理、工艺应力及纤维/基体相互作用引起纤维性能变化

⑷纤维/基体热膨胀失配，热处理时会产生严重的热应力和材料损伤

13、微晶玻璃

微晶玻璃是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

第七章

1、水泥基复合材料定义

是指以水泥与水发生水化、硬化后形成的硬化水泥浆体作为基体与其他各种无机、金属、

有机材料组合而得到的具有新性能的材料

2、混凝土的分类：（填空题）

⑴按胶结材料分类

①无机胶结材料混凝土；②有机胶结材料混凝土；③无机与有机复合胶结材料混凝土。

⑵按混凝土的结构分类，

①普通结构混凝土：②细粒混凝土；③大孔混凝土；④多孔混凝土。

⑶按容重分类

①特重混凝土；②重混凝土；③轻混凝土；④特轻混凝土。

⑷按用途分类

①结构用混凝土；②隔热混凝土；③装饰混凝土；④耐酸混凝土；⑤耐碱混凝土；⑥耐火

混凝土；⑦道路混凝土；⑧大坝混凝土；⑨收缩补偿混凝土：⑩海洋混凝土；⑪防护混凝土

等。

3、混凝土的组成

是由水泥、水、细骨料、剁骨料和少量气泡组成。

4、混凝土成型后的性质

⑴混凝土的力学性能：

强度是混凝土硬化后的主要力学性能，混凝土的强度有：立方体抗压强度、棱柱体抗压

强度、劈裂抗拉强度、抗折强度等。

⑵混凝土的变形性能

①非荷载作用下的变形：

a、化学收缩，b、干湿变形，c、温度变形。

②荷载作用下的变形：

a、弹塑性变形和弹性模量，b、徐变。

⑶混凝土的耐久性

①抗渗性

②抗冻性

③抗侵蚀性

④碳化

⑤碱骨料反应

5、在载荷作用下，混凝土中首先引起破坏的情况

⑴水泥石破坏，低标号水泥配制的低强度等级的混凝土。

⑵界面破坏，粗集料与砂浆界面破坏是普通混凝土的常见形式。

⑶骨料首先破坏，是轻骨料混凝土的破坏形式。

6、提高混凝土耐久性的主要措施

⑴合理选择水泥品种；

⑵适当控制混凝土的水灰比及水泥用量

⑶选用较好的砂石骨料

⑷掺入引气剂或减水剂

⑸改善混凝土的施工操作方法。

7、常规结构混凝土的28天强度在20〜30MPa之间，在20世纪60年代〃高强〃常指强度约为40MPa

以上，后来又提高到50〜60Mpa。

8、高强混凝土

强度高出普通情况的混凝二称为“高强混凝土”，在实际应用中重点逐渐由抗压强度转移

到其他性质方面，如高弹性模量、高密度、低渗水性、能抵抗某些形式的侵蚀等。

9、高性能混凝土在微观结构方面的特点

①由于存在大量未水化的水泥颗粒，浆体所占比例降低。这些未水化水泥颗粒是硬化混凝

上中的微集料。

②浆体的总孔隙率小。

③孔径尺寸较小，仅最小的孔为水饱和。

④浆体一集料界面与浆体本体无明显差别，消除了普通混凝土中传统的薄弱区。

⑤游离氧化钙含量低。

⑥自生收缩造成混凝土内部产生自应力状态，致使集料受到有力的约束。

10、高性能混凝土的特性：

①有自密性；

②体积稳定性好；

③强度高，其抗压强度已有超过200MPa；

④由于水灰比比较低，会较早终止水化反应，因此水热化总量相应降低；

⑤收缩特性；

⑥徐变变形显著低于普通混凝土；

⑦Cl-渗透率明显低于普通混凝土，更加符合环保要求；

⑧具有较高的密实性和抗渗性，抗化学腐蚀性能显著优于普通强度混凝土；

⑨在高温下会产生爆裂、剥落。

11、聚合物水泥基复合材料与普通混凝土相比性能的改善

①抗压强度可提高3倍

②拉伸强度可提高近3倍。

③弹性模量可提高1倍°

④抗破裂模量可增加近3倍。

⑤抗折弹性模量增加近50%。

⑥弹性变形减少10倍。

⑦硬度增加超过70%o

⑧渗水性几乎为0。

⑨吸水率可降低83%~95%

12、聚合物水泥混凝土特性

①水泥混凝土的力学性能得到了改善，尤其是抗折强度提高，而抗压强度降低，抗压强度

与抗折强度的比值减少。

②混凝土的刚性或者说脆性降低，变形能力增大，这对许多工程有利。

③混凝土的耐久性与抗侵蚀能力也有一定程度的提高。

④由丁聚合物水泥混凝土良好的黏结性，特别适合于破损水泥混凝土的修补工程。

⑤完全适应现有的水泥混凝土的制造工艺过程。

⑥成本相对较低。

13、影响混凝土耐久性的因素

抗渗、抗冻、抗蚀性能是3个最主要因素。而抗渗性最关键，它直接影响材料的抗冻和抗

蚀性能。

14、我国学者选用高效减水剂、引气剂及活性微细集料，并优化其组合，采用夏合添加的技

术配制了水泥净浆、砂浆及混凝土，发现这些材料的抗渗性能和抗蚀性能大幅度提高。

减水-引气-微细集料（GYH）的协同作用：减少泌水，增加界面黏结力，改善界面孔结构,

从而大幅度缩窄混凝土中粗骨料及浆体间的过渡区。

采用GYH复合技术配制混凝土，可大幅度提高混凝土的抗渗性能。

采用GYH复合技术使水泥砂浆抗硫酸侵蚀系数达1.24,氯离子扩散系数大幅度降低，混凝

士半年的抗海水腐蚀系数达1.07。

第八章

1、仿生

“受生物启发”而研制的材料或进行的过程。

仿生材料就是受生物启发或模仿生物的结构而制出的性能优异的材料。

2、材料仿生的探索中遇到的疑难问题

⑴连续纤维的脆性和界面设计的困难。

⑵纤维易由基体拔出导致增强失效。

⑶晶须的长径比不易选择。

⑷寻求陶瓷基复合材料增韧方法时遇到困难。

⑸寻找复合材料损伤性能的恢复方法和内部裂纹的愈合方法。

3、复合材料的最大优点是极为节约高效和用途的专一性，且具有以下特点

⑴特定的、不规则的外形；

⑵力学性能的方向性；

⑶几乎所有的生物体构件的截面都是宏观非物质的；

⑷显微组元具有复杂的、多层次的精细结构。

4、复合材料仿生设计方法分类

⑴界面的宏观拟态仿生设计

⑵分子尺度的化学仿生

⑶微观晶体结构仿生

⑷制造工艺仿生

第九章

1、纳米复合材料

是指分散相尺度至少有一维小于lOOnm的复合材料，从基体和分散相的粒径大小关系，纳

米复合材料可分为微米一纳米、纳米一纳米的复合。

2、如何实现纳米粉体的分散

⑴超声波分散

⑵机械搅拌分散

⑶分散剂分散

①加入反絮凝剂形成双电层

②加表（界）而活性剂包裹微粒

⑷化学改性分散

3、纳米粉体的制备方法：

⑴物理法制备：

惰性气体冷凝法制备、高能球磨法制备、共混法制备、异相凝聚法制备、还有其池方法（电

子束蒸发法、激光剥离法、DC或RF溅射法等）。

⑵化学法制备：

溶胶-凝胶法、湿化学法、水热法、微乳液法、化学气相沉积法、溶剂蒸发法。

4、纳米粉体的表征方法（简答题）

⑴分析化学组成的主、次成分

通常采用X射线荧光光谱法、耦合等离子体原子吸收光谱法。

⑵分析原料和制备过程中引入的杂质含量

原子激发光谱、原子吸收光谱。

⑶测定粉体的形貌大小和分布范围

透射电子显微镜、激光离心沉降法。

⑷测定粉料（2~200nm）的颗粒度及分布范围

X射线小角散射法

⑸测定粉体的比表面积

化学碘吸附法、BET法

⑹结构测定和表征其形貌尺度以及团聚情况

高分辨电镜

⑺研究纳米晶材料的结构

X射线衍射、穆斯堡尔谱、扩展X射线吸收精细结陶、正电子淹没。

5、纳米粒子与纳米固体的基本特性

小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应。

6、纳米复合材料的应用前景

⑴纳米复合涂层材料

⑵高韧性、高强度的纳米复合陶瓷材料，

⑶纳米隐身材料

⑷光学材料，

⑸用于化妆品工业的纳米复合材料。

⑹用于医药工业的纳米复合材料

第十章

1、原位复合

原位复合源于原位结晶和原位聚合的概念。材料中第二相或复合材料中的增强相生成于材

料的形成过程中，既不是在材料制备之前就有，而是在材料制备过程中原位就地产生。

2、金属基复合材料原位复合技术

⑴固相反应法

⑵液一固相反应法

⑶气一液反应法

⑷反应喷射沉积成型技术。

3、陶瓷基复合材料原位复合技术

⑴原位热压反应烧结技术

⑵化学气相渗透

⑶熔体渗透

⑷聚合物先驱体法

⑸反应烧结等。

4、聚合物基复合材料原位复合技术有

⑴熔融共混技术

⑵溶液共沉淀技术

⑶原位聚合技术

5、白蔓延高温合成

自蔓延高温合成（SHS）是利用配合的原料自身的燃烧反应放出的热量使化学反应过程自发

地持续进行，进而获得具有指定成分和结构产物的一种新型材料合成手段。

6、自蔓延复合技术

⑴SHS粉末制备技术

⑵SHS多孔体制备技术

⑶SHS致密化制备技术

⑷SHS熔铸技术

⑸SHS涂层技术

⑹SHS焊接技术。

7、梯度功能材料

基于一种全新的材料设计概念而开发的新型功能材料

8、梯度功能材料设计包括

①构成梯度材料的物系设计；②热应力缓和结构设计。

9、梯度复合技术

⑴烧结法：

①直接填充法；②喷射积层法；③薄膜叠层法；④离心积层法；⑤粉浆浇注法。

⑵等离子喷涂法：

按送粉方式不同分为，①异种粉