复合材料复习题全

1、人类发展史与材料史

人类为了寻求生存和发展，企求用理想材料制成新工具的愿望总是伴随历史的发展不

停探索不停前进。因此，人类发展的历史就和材料的发展的历史息息有关。研究人类历史

的人们都可以清晰地懂得，人类历史上各方面的进步是与新材料的发现、制造和应用分不

开的。

2.历史学家对材料史的划分

石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代。

其后人类又发明了高分子材料、先进复合材料和智能材料。

3.科学中的复合材料a.复合是自然界的基本规律b.复合是科学的基本思想c.材料

的复合化是材料发展的基本趋势

4.复合材料的概念

复合材料，是由两种或两种以上不一样性质的材料，通过物理或化学的措施，在宏观

上构成具有新性能的材料。

5.复合材料的分类

1.复合材料按其构成分为：金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与

非金属复合材料。2.按其构造特点又分为：纤维复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、

混杂复合材料。3.复合材料按基体材料分类：树脂基，分为热固性和热塑性；金属基；陶

瓷基，分为炭基、玻璃基和水泥基。4.复合材料按功能分类：构造复合材料和功能复合材

料

6.复合材料的性能特点

长处：a.比强度和比模量高b良好的抗疲劳性能。c减振性能好

d.高温性能好e.各向异性和性能可设计性f.材料与构造的统一性g.其他特点，过载时

安全性好、具有多种功能性、有很好的加工工艺性

缺陷：稳定性稍差，耐温和老化性差,层间剪切强度低等

7.几种新型复合材料的概念

热电材料是一种能将热能和电能互相转换的功能材料。

♦:♦压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。

。隐身材料是一种新近出现的具有隐蔽自己的功能的材料，隐身材料可以减少被探测

率，提高自身的生存率，是隐身技术的重要构成部分。按频谱可分为声、雷达、红外、可

见光、激光隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身构造材料

♦:♦光致变色材料，是指受到光源激发后可以发生颜色变化的一类材料。

。吸声材料，是具有较强的吸取声能、减低噪声性能的材料。借自身的多孔性、薄膜

作用或共振作用而对入射声能具有吸取作用的材料，超声学检查设备的元件之一

♦:♦智能材料，是一种能感知外部刺激，可以判断并合适处理且自身可执行的新型功能

材料。

。机警材料能检知环璜变化，并通过变化自身一种或多种性能参数对环境变化作出响

应，使之与变化后的环境相适应的材料

8.复合材料的发展史

复合材料的几种发展阶段：天然复合材料、老式复合材料、通用复合材料、先进复合

材料

9.先进复合材料

60年代,为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能红

维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，为了与第一

代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不

一样，先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料

12.金属材料的工艺性能：铸造性能重要指液体金属的流动性、凝固过程中的收缩和偏

析倾向，以及气体的吸取和排除等。压力加工性能包括充填模具所需要的固态流动性，

对模壁的摩擦阻力，对氧化起皮的抗力，热裂趋势，冷变形时形变硬化趋势，不均匀变形

的趋势。焊接性能包括可焊性、熔接合金成分的变化、吸气性及氧化性、内应力及冷

热开裂倾向、热影响区的组织变化及晶粒长大趋势等。切削加工性能指切削速度、切

削表面光洁度、刀具寿命及切削功耗等。热处理性能包括淬硬性、淬透性、淬火变形

趋势、表面氧化及脱碳趋势、热导率、晶粒长大趋势、回火脆性等。

16.铸造铝合金和变形造合金的差异：铸造铝合金硅元素的最大含量超过多数的变形铝

合金中的硅含量。铸造铝合金除具有强化元素外，还必须具有足够的共晶型元素（一般是

硅）,以使合金有相称的流动性，易于填充铸造时铸件的收缩转。变形铝合金是铸锭通过冷

热压力加工后形成多种型材。因此，规定合金具有优良的冷热加工工艺性能，组织中不容

许有过多的脆性第二相。〃/铸造铝合金合金元素含量比变形铝合金元素高、、铸造铝合金

组织粗大，有严重的晶内偏析和粗大针状化合物。。

18,Cu中杂质的影响：工业纯铜中常见的杂质元素有0、S、Pb、Bi、As、P等，它

们对铜的机械与物理性能以及加工工艺性能均有很大的影响。当杂质元素含量超过其在Cu

中的极限溶解度，出现多相构造时，则不仅明显减少导电、导热性，并且明显减少塑性变

形能力。

铅和物基本不溶于铜，微量的铅和钩均能与铜形成低熔点的共晶组织，共晶组织分布

在晶界上，热加工时这些低熔点的共晶组织先熔化，使晶粒结合强度减少，在加工过程中

导致热脆性。碑能全溶于铜中，对铜的塑性变形能力影响不大，但他提高纯铜的强度、

硬度，减少铜的导电、导热洗性。氧和硫都是有害杂质，他们与铜形成Cu20和CuS,

以粒状共晶体形式分布在铜晶粒内和晶界上，在冷加工时有极坏的影响，能引起冷脆性，

使铜的冷加工性能变坏。具有氧的铜在具有氢气或一氧化碳等还原性气氛中加热时，氢及

一氧化碳等气体会扩散渗透铜中与氧气起反应，形成不溶于铜的水蒸气或二氧化碳，在局

部地区产生很大的压力,而导致微裂纹，使铜在随即的加工或使用过程中发生破裂，即产

生所谓"氢病"。

19.黄铜中Zn含量对性能的影响：当Zn含量不不小于32%时，Zn完全溶于a固溶体

中，起固溶强化作用，使黄铜的强度和塑性随Zn含量的增长而提高。当Zn含量超过32%

时，由于合金组织中出现脆性的，相，使塑性下降，而强度继续提高。当Zn含量达45%

到47%时，由于合金组织中几乎所有由，相构成并开始出现V相，其强度和塑性急剧减

少。

21.硅酸盐水泥的生产过程：硅酸盐水泥的生产技术概括起来叫"两磨一烧"，即生料

的配制与磨细；将生料经燃烧使之部分熔融形成熟料；将熟料与适量石膏共同磨细成为硅

酸盐水泥。

23.水泥熟料中的成分及作用：熟料中矿物的成分：C3S、C2S、C3A、C4AF

C3S在熟料含量约为37—60%,是书辽宁中的重要成分，C3S单独与水作用的特点是

在水化之后初期强度及总强度较高，水化放热较多，凝结硬化快，是决定水泥初期强度和

总强度的重要成分，C3S含量越高对水泥强度越有利。

C2s在水泥熟料中的含量约15——37%,C2s单独与水作用的特点是水化速度极慢，

水化放热小，初期强度的低，后期强度有增进，是决定水泥后期强度的重要成分。

C3A在水泥熟料中的含量约为7——15%,其水化特点是有极强的水化能力，遇水后

很快发生化学反应而迅速凝结。它放热量居几种熟料矿物之首，并且又集中在水化前期，

是决定水泥放热的重要矿物，C3A总强度不高，重要在水化前期形成。

C4AF在水泥熟料中的含量约为10——18%,其水化速度仅次于C3A,水化热小，重

要在后期放出，初期具有一定强度，但总强度低。

24.氯化镁的作用及用量：氯化镁溶液（密度为L2g/cm3）的掺量一般为菱苦土的

55%~60%.掺量太大则凝结速度过快，且收缩大、强度低。掺量过少，则硬化太慢、强

度也低。此外，温度对凝结硬化很敏感，氯化镁掺量可作合适调整。

26.聚合物的物理性能：高分子化合物的热变形性，聚合物的电绝缘性、绝热、隔音性

能，聚合物的老化。

28.复合材料选用聚合物的原则：复合材料选用聚合物要考虑如下原因：1.产品性能2.

对纤维应有良好的浸润性和粘附力3.具有良好的工艺性，包括粘度、温度、使用寿命、毒

性要低和刺激性要小、来源以便和价格低廉。

31.玻璃纤维的分类：L以玻璃原料成分分类，这种分类措施重要用于持续玻璃纤维的

分类。一般以不一样的含碱量来辨别：（1）无碱玻璃纤维（2）中碱玻璃纤维（3）有碱玻璃纤维

（4）特种玻璃纤维2.以单丝直径分类，玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不一样可以分

为如下几种：粗纤维：30um;初级纤维:20um;中级纤维:10~20um;高级纤维：

3~10um（亦称纺织纤维）。3.以纤维外观分类：有持续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗

纱（用于纺织）、短切纤维、空心玻璃纤维、玻璃粉及磨细纤维等。4.以纤维特性分类，根

据纤维自身具有的性能可分为：高强玻璃纤维、高模量玻璃纤维、耐碱玻璃纤维、耐酸玻

璃纤维、一般玻璃纤维（指无碱及中碱玻璃纤维）。

32.玻璃纤维的构造假说:微晶构造假说的要点：玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微晶

子"构成，在"微晶子"之间由硅酸块过冷溶液所填充。网络构造假说的要点：玻璃是由

二氧化硅的四面体、铝氧三面体或硼氧三面体互相连成不规则三维网络；网络间的空隙由

Na、K、Ca、Mg等阳离子所填充。二氧化硅四面体的三维网状构造是决定玻璃性能的基

础，填充的Na、Cd等阳离子称为网络改性物。

33.玻璃纤维的化学构成:玻璃纤维的化学构成重要是二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、

三氧化二铝等。玻璃纤维的化学构成对玻璃纤维的性质和生产工艺起决定性作用。氧化钠、

氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它可以减少玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃熔液中的

气泡轻易排除。氧化钠和氢化钾的含量越高，玻璃纤维的强度、电绝缘性能和化学稳定性

都会对应的减少。加入氧化钙、三氧化二铝等，能在一定条件下构成玻璃网络的一部分，

改善玻璃的某些性质和工艺性能。总之，玻璃纤维化学成分的制定，首先要满足玻璃纤维

物理和化学性能的规定，具有良好的化学稳定性；另首先要满足制造工艺的规定，如合适

的成型温度、硬化速度及粘度范围。

34.玻璃纤维的力学性能及假说:玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高。微裂纹假说认为，

玻璃的理论强度取决于分子或原子间的引力，其理论强度很高，但在它们当中，存在着数

量不等，尺小不一样的微裂纹，从而大大减少了其强度。

35.影响玻璃纤维强度的原因：A、一般状况，玻璃纤维的拉伸强度随直径变细而拉伸

强度增长。B、拉伸强度也与纤维的长度有关，伴随长度增长拉伸强度明显下降。C、纤维

的强度与玻璃化学成分关系亲密。对于同一系统（即基本组分）来说，部分变化氧化物的种

类和数量,纤维强度变化不大（20%—30%）。而变化系统（即变化它的基本组分）,强度会

产生大幅度地变化。D、纤维老化的影响，当纤维寄存一段时间后，会出现强度下降的现

象，称为纤维的老化。E、纤维的疲劳影响，玻璃纤维的疲劳一般是指纤维强度随施加负荷

时间的增长而减少的状况。F、成型措施和成型条件强度的影响，玻璃纤维成型措施和成型

条件对强度也有很大影响。如玻璃硬化速度越快，拉制的纤维强度也越高。

36.凯夫拉纤维：凯夫拉纤维的制造过程分为两个阶段：第一阶段由对苯二胺与苯二甲

酸酰氯缩聚成对苯撑对二甲酰胺的聚合体（PPTA）;第二阶段是将聚合体溶解在溶剂中再

进行纺丝，制成所需纤维材料。干喷湿纺工艺是采用高浓度、高温度的PPTA液晶溶液在

较高的喷丝速度下喷丝，喷丝进入温度低的凝固溶液浴，在凝固液浴中，通过一种纺丝管,

在凝固液的作用下形成丝束，绕到绕丝混上，再经洗涤，在张力下于热车昆上干燥。最终在

惰性气体中于较高的温度下进行热处理，即得到凯夫拉纤维。

37.界面的定义：A.复合材料中，两相（如纤维和基体）之间某种材料特性出现不持

续的区域叫做界面。B.复合材料界面是指复合材料的基体与增强材料之间化学成分有明显

变化的、构成彼此结合的、能起载荷等传递作用的微小区域

38.玻璃纤维界面处理的意义：表面处理剂不仅能改善玻璃纤维及织物的性能，井且在

玻璃钢中尚有它的独特作用。它既能与玻璃相连，又能与树脂作用；既保护了玻璃纤维表

面，又大大的增强了玻璃玻璃与树脂界面的粘结，防止水分或其他有害介质的侵入，减少

或消除界面的弱点，改善了界面状态，有效地传递了应力，使玻璃钢这种复合材料的多种

材料间能形成一种牢固的整体。同步，使用表面化学史理剂的玻璃钢比未使用处理剂的，

其长期耐候性、耐水性、耐化学腐蚀性能均有大大改善；机械强度有成倍的提高；耐热性

和电性能也有很大改善。表面处理剂有助于获得良好的粘结界面，改善多方面的性能,并

有效抵御水的侵蚀。。

39.偶联剂的作用机理：偶联剂是这样的一类化合物，它们的分子两端一般具有性质不

一样的基团，一端的基团与增强体表面发生化学作用或物理作用，另一端的基团则能和基

体发生化学作用或物理作用，从而使增强体和基体很好地偶联起来，获得良好的界面粘结，

改善了多方面的性能，并有效地抵御了水的侵蚀。

40.硅烷偶联剂的四个阶段中开始时在偶联剂Si上的三个不稳定的x基团发生水解；

②随即缩合成低聚体；③这些低聚体与基质表面上的-OH形成氢键；④最终在干燥或固化

过程中与基质表面形成共价键并伴伴随少许的水。

41.玻璃纤维（GF）界面处理措施及影响原因：①后处理法：处理措施：分两步：

（对于"纺织型浸润剂"）第一步除去浸润剂.a、洗涤法:在皂水或有机溶液中清洗，然后

烘干。、热处理法：第二步用表面处理剂处理（规定产

b（250℃~450℃）lho

品质量较高时)，处理环节为:浸渍-水洗-烘干

②前处理法：是合适变化浸润剂配方，使之既能满足拉丝、退并、纺织各道工序的规

定,又不阻碍树脂基体对玻璃纤维的浸润和粘结。将偶联剂加入到上述的浸润剂中,在拉

丝过程中表面处理剂就被覆到玻璃纤维表面上

③迁移法：将化学处理剂直接加入到树脂胶液中进行整体掺和，在浸胶的同步将偶