复合材料Word文档下载推荐.docx

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1000～1500℃

⑶、耐自然老化

⑷、导热导电性

⑸、耐蚀性

陶瓷基和树脂基>

金属基

⑹、工艺性及生产本钱

树脂基

v5、不同基体复合材料的适用温度范围

v6、复合材料设计特点

•性能可设计性强〔可调因素多〕

•材料设计与结构设计相关联

•性能预测性差

如:

加和法

没有考虑界面结合的影响，预测性很差。

v7、复合材料设计有哪三个层次？

1、设计的三个层次：

单层设计---微观力学方法

层合体设计---宏观力学方法

产品结构设计---结构力学方法

•单层材料的性能

取决于增强相、基体相和结合界面的力学性能，增强相的含量、分布方向等。

设计内容包括正确选择原料的种类和配比。

•层合体的性能

取决于单层材料的力学性能和铺层方法〔厚度、纤维交叉方式、顺序等〕。

设计内容包括：

对铺层方案作出合理的安排。

•产品结构性能

取决于层合体的力学性能、结构几何、组合与连接方式。

设计内容：

最终确定产品结构的形状、尺寸、连接方法等。

8、复合材料的设计包括哪些内容？

设计内容：

2、复合原理与界面

1、影响复合材料性能的因素？

工艺因素

基体和增强材料的性能

增强材料的形状、含量、分布

增强材料与基体的界面结合、结构

v2、复合材料的增强机制有哪些？

一、粒子增强型复合材料的增强机制

1、弥散强化复合材料的增强机制

将粒子高度弥散地分布在基体中，使其阻碍导致塑性变形的位错运动（金属基体）和分子链运动（聚合物基体）。

这种复合材料是各向同性的。

其强化效果与粒子直径、体积分数有关，质点尺寸越小体积分数越高，强化效果越好

2、颗粒增强复合材料的增强机制

用金属或高分子聚合物把具有耐热性、硬度高但不耐冲击的金属氧化物、碳化物、氮化物粘结在一起而形成的材料。

由于强化相颗粒较大，对位错的滑移〔金属基〕或分子链运动〔聚合物基〕已没有多大的阻碍作用，强化效果并不显著。

主要不是提高强度，而是改善耐磨性或提高综合力学性能。

增强粒子及其效果

①弥散强化复合材料，其粒子直径、体积分数约1%~15%，增强强度。

②颗粒增强复合材料，粒子直径为1~50μm、体积分数大于20%，改善耐磨性或提高综合力学性能。

二、纤维增强复合材料的增强机制

以各种金属和非金属作为基体，以各种纤维作为增强材料的复合材料。

纤维增强复合原那么

纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载组分，其增强效果主要取决于纤维的特征、纤维与基体间的结合强度、纤维的体积分数、尺寸和分布。

纤维增强遵循原那么：

1增强纤维的强度和弹性模量应比基体材料的高。

2基体与纤维之间要有一定的粘结力，并具有一定的强度。

3纤维所占体积分数、长度、长度和直径比（L/d）等必须满足

一定要求，通常纤维体积分数越高、越长、越细，增强效果越好。

4纤维与基体之间的线膨胀系数相匹配。

5纤维与基体之间有良好的相容性。

v3、什么叫弥散强化？

v4、纤维增强复合材料的复合原那么？

v5、什么叫做界面？

相与相之间的交界面。

即两相间的接触外表

复合材料中基体与增强材料之间的结合面。

此结合面是基体和增强材之间发生相互作用和相互扩散而形成的。

v6、界面结合方式有哪些类型？

I、机械结合：

借助增强纤维外表凹凸不平的形态而产生的

机械铰合和基体与纤维之间的摩擦阻力形成。

II、溶解与浸润结合：

液态金属对增强纤维的侵润，而产生的作用力，作用范围只有假设干原子间距大小。

III、反响结合：

基体与纤维之间形成界面反响层。

IV、混合结合：

上述三种形式的混合结合方式。

v7、界面特征是指什么

v8、怎样控制界面特征影响复合材料性能？

界面特征：

界面厚度、剩余应力、界面能、结合强度

1〕改变增强材料外表性质。

2〕向基体内添加特定的元素。

3〕在增强材料的外表施加涂层。

v9、不同基体的复合材料怎样选择界面处理方式？

1〕. 

物理结合〔机械咬合+次价键结合〕

液态基体渗入纤维外表微孔，固化后形成咬合界面。

粗糙界面、低的外表能和低粘度，有利于物理结合。

极性树脂如：

酚醛、聚酰胺、环氧等，与极性纤维具有良好的润湿性，并可形成次价键结合。

非极性树脂如：

聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等，结合力弱，复合效果差。

CF外表极性差，经氧化后可提高结合力。

总之:

物理结合是一种比拟弱的结合方式。

树脂基复合材料假设不经特殊处理，多为物理结合。

金属基局部以物理方式结合。

陶瓷基几乎不以这种方式结合。

2〕. 

扩散融合

两相成分不同，经扩散或熔融形成过渡层，性质介于两相之间，结合力较强。

金属与陶瓷基复合温度较高，小分子和原子易于扩散，较常见。

3〕. 

化学结合

化学键结合力强。

但当两相亲合力过强，可能发生化学反响，界面形成较厚的脆性化合物时，性能反而下降。

树脂基复合材料：

为提高两相的润湿性和结合力，通常采用偶联剂处理纤维外表，或将偶联剂直接加到液态树脂中，以便形成化学键结合。

金属与陶瓷材料：

化学键结合常见。

多数情况在界面上形成化合物层，脆性大，对力学性能不利。

尤其是高温使用的材料，应防止延续反响。

增强材料的外表处理

为改善纤维外表的浸润性，提高界面结合力，对纤维进行的预处理——外表改性。

要点：

不同的复合体系应采用不同的处理方法。

树脂基——提高化学结合

金属及陶瓷基——抑制化学反响

1）

碳纤维

•氧化法----提高外表粗糙度和极性。

•沉积法----CVD沉积碳晶须。

•电聚合法----接枝高分子支链

3〕．芳纶等有机纤维

等离子处理，使苯环氧化成-COOH、-OH；

或接枝聚合生成高分子支链。

v4〕.与金属基复合的纤维

目的：

提高浸润性，抑制化学反响。

•CF、BF与金属反响活性高，化学相容性差；

•氮化物、碳化物纤维反响活性较低；

•Al2O3反响活性最低。

措施：

•降低复合温度，减少高温停留时间。

•涂覆隔离层。

如CF、BF外表涂SiC。

•镀覆金属层，改善浸润性。

如Al2O3纤维镀Cu、Ni等。

10、玻璃纤维外表处理机制

GF成分为SiO2，外表吸水后成-OH，可与含-OH、

－COOH、-Cl的偶联剂反响成醚键结合。

偶联剂通式：

R-M–X

M---中心离子Cr+3、Si+4、Ti+3等高价金属离子。

R---可与聚合物交联的基团。

如不饱和双键、氨基、环氧、

巯基等。

X----可与玻纤外表醚化的活性基团。

如：

-Cl、-OH、

-COOH、-OCH3、-OC2H5。

3、增强材料

v1、复合材料的基体材料选择时主要考虑哪些方面？

基体的作用:

固结增强相，均衡载荷和传递应力,保持根本性质。

选材原那么：

强度、刚度等力学性能，只作一般性考虑。

两者相容性，环境适应性，工艺性，重点考虑。

相容性：

化学性质稳定，润湿性好，膨胀系数差要小，以确保两相界面具有足够的结合力。

环境适应性：

耐热、耐蚀、抗老化和适当的硬度。

工艺性：

制备是否方便，本钱是否低廉等。

v2、举几个热固性树脂和热塑性树脂的实例。

v3、不饱和聚酯固化需要哪些添加剂？

•固化剂---乙烯、苯乙烯、丁二烯等单体。

•引发剂---过氧化物〔加热固化〕

•促进剂---苯胺类和有机钴。

室温固化。

v4、环氧树脂常用的固化剂有哪些？

二元胺类、二元酸酐类。

假设选用芳香族胺或咪唑类固化剂，强度及耐热性可进一步提高，但冲击韧性会有一定的影响

v5、铝合金作为基体材料常用于哪些场合？

•航天航空：

选轻金属Al、Mg及其合金,•汽车发动机活塞汽缸套：

Al合金•集成电路散热元件：

Ag、Cu、Al

v6、陶瓷基体材料通常有哪些种类？

•微晶玻璃：

•氧化物：

Al2O3、ZrO2、MgO、SiO2、莫来石

•碳化物：

TiC、SiC

•氮化物：

Si3N4、Sialon

•硼化物：

TiB2、Be2B、Be4B

•硅化物：

MoSi2等

4、基体材料

v1、常用的玻璃纤维种类牌号

有碱玻璃纤维ANa-Ca-Si系普通玻璃〔Na2O>

15%〕

中碱玻璃纤维CNa2～12.5%）用量少

无碱玻璃纤维ECa-Al-B-Si系用量大

高强玻璃纤维SMg-Al-Si系或B2O3系

高弹玻璃纤维MS系中参加BeO

v2、玻璃纤维侵润剂的作用和品种

浸润剂作用：

使纤维柔顺，防止磨损。

常用的有：

石蜡乳液复合前须去除

聚醋酸乙烯酯不必去除

改性有机硅类不必去除

v3、碳纤维的性能特点

⑴．力学性能

•强度约为GF的2倍

•模量约为GF的3～5倍

•密度低～2，所以比强度、比模量高。

•断裂延伸率～2%

⑵．热学性能

升华温度高达3800℃，耐高温性好。

热膨胀系数小，纵向为负。

⑶．物理性能

导热、导电、自润滑。

⑷．化学性能

耐酸碱性强，高温抗氧化性差。

C纤维电极电位为正，与金属复合易引起电偶腐蚀。

v4、硼纤维的应用场合

主要用于金属和陶瓷增强。

5、聚合物基复合材料

v1、列出常用的三种玻璃钢的名称和性能特点。

⑴、聚酯玻璃钢

加工性能最好。

低粘度，可室温固化；

价低，用量占80%。

⑵、环氧玻璃钢

综合力学性能最好，耐蚀性好；

粘度大，施工困难。

⑶．酚醛玻璃钢

耐热性最好,<

350℃长期使用，短期可达1000℃；

电学性能好，耐电弧。

v2、材料设计的内容及流程

包括：

材料设计和结构设计。

•材料设计：

根据使用要求，选取原材料；

安排适宜的工艺路线，将其制成满足性能要求的材料。

•结构设计：

确定构件的最终构型、几何尺寸、组合关系等，使之

满足力学性能，平安寿命，可加工性和经济性要求。

设计过程：

v3、手糊成型工艺及其产品特点？

手糊：

最常用、最根本方法

适用于：

形状复杂、批量小的制品如浴缸、船艇、舱体、房屋等。

工艺过程：

模具→涂脱模剂→刷胶衣→刷树脂→

贴增强剂→固化→脱模→后处理→成品

v4、缠绕成型工艺特点？

缠绕成型——将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按一定规律缠绕在芯模上，然后固化脱模得成品。

成型工艺分湿法和干法缠绕。

缠绕设备可自动控制、纤维含量可高达80%

固化可室温或加热固化

模芯材料：

石膏、石蜡、金属及合金、塑料等，要便于脱模。

中空高压容器。

如：

火箭发动机壳体、导弹发射筒、大型储罐、管材等。

v5、什么是RTM工艺？

树脂传递模塑〔ResinTransferMolding〕

先将纤维布、毡裁剪铺设在密封模具内，再高压注入液态树脂固化。

可大批生产结构复杂、高精度的零件，外表质量好。

6、金属基复合材料

v1、金属基复合材料纤维选择要点？

•高强度、高模量。

〔明显高于金属基体〕

•耐热性高〔如：

KF不宜选用〕

•价格低〔比拟突出的制约因素〕

•相容性好〔膨胀系数相近，高温惰性〕

v2、金属基复合材料制造的关键技术难点？

•防止高温氧化。

•高压纤维易损伤，断裂。

•纤维的均匀分布。

•控制界面反响。

v3、金属基复合材料的制造方法分类？

1、制造方法：

固态法、液态法、喷射沉积法、原位复合法

常用方法有：

•单层复合+层叠热压

金属薄与纤维粘接或等离子喷涂焊合成单层，裁剪、叠片、热压。

•粉末冶金法如：

硬质合金

•铸造法〔比重偏析〕汽缸套、活塞

•电镀〔铸〕法金刚石金属磨头

v4、铝基复合材料的适用范围

品种、规格最多、应用最广的一类

大型运载工具的首选材料。

如波音747、757、767

常用：

B/Al、C/Al、SiC/Al

SiC纤维密度较B高30％，强度较低，但相容性好。

C纤维纱细，难渗透浸润，抗折性差，反响活性较高。

基体材料可选塑性好的变形铝、铸造铝、焊接铝及烧结铝。

v5、镍基复合材料的特点

熔点高，耐氧化性好，使用温度可达1000℃。

BF、CF耐氧化性差，多项选择用α-Al2O3晶须。

制备方法：

热压法、液态渗透法、粉末冶金法。

为提高润湿性，可使晶须外表金属化。

如溅射或电镀

v6、钛基复合材料的性能

钛及其合金是比强度、比刚度最好的基材，耐蚀性和耐高温性也很好，易做耐热件。

〔低于相变温度〕

但钛薄难制，化学活性高，与C纤维和B纤维反响生成TiC和TiB2白亮层。

解决方法：

•高速工艺----缩短高温停留时间

•低温工艺----850℃热压15分钟

•外表包覆----涂SiC

•合金化----提高基体稳定性

7、陶瓷基复合材料

v1、陶瓷基复合材料的性能特点

现代陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等许多优良的性能。

但是，陶瓷材料同时也具有致命的缺点，即脆性，

v2、陶瓷基复合材料增韧补强机理

负载转移：

高弹纤维承受比基体更大的应力，强度、韧性提高。

预应力效应：

纤维热膨胀系数高于基体时，基体受预压应力而强化。

拔出效应：

复合材料破断，纤维从基体中拔出要消耗局部能量。

裂纹扩展受阻：

纤维阻止裂纹扩展，消耗局部能量。

裂纹转向：

裂纹尖端受阻钝化而转向，要消耗更多的外表能。

纤维断裂：

高强度纤维断裂，要消耗更大的能量。

v3、画图说明单向、多层及三向编织纤维增强陶瓷基复合材料的机理

v4、分析陶瓷基复合材料的界面性质及改善措施

界面性质:

界面结合力应适中。

在实际应用中，除选择纤维和基体在加工和使用期间能形成稳定的热力学界面外，最常用的方法就是在与基体复合之前，往增强材料外表上沉积一层薄的涂层。

v5、陶瓷基复合材料的制备工艺分类

（1）．瓷浆浇铸法

短纤维混合分散在陶瓷浆体中，浇铸，吸水，枯燥，烧结。

工艺简单，本钱低，增强效果有限。

〔致密度不够〕

（2）．热压烧结法

短纤维与陶瓷粉末混合，模压成型，热压烧结。

结合力好，但纤维易受损。

（3）．浸渍法

长纤维编织或缠绕成型，浸渍陶瓷浆，枯燥烧结。

工艺简单，烧结密度低。

v6、什么是热压烧结？

v7、陶瓷基复合材料的应用领域

陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域包括：

刀具、滑动构件、航空航天构件、发动机制件、能源构件等。

8、水泥基复合材料

v1、水泥基复合材料增韧方法有哪些？

•参加高强度集料——混凝土

•纤维增韧〔要求纤维粗，较长〕

•聚合物改性

浸渍填充、聚合物取代或局部取代水泥基体

v2、什么是混凝土？

以水泥为基，参加砂、石，钢筋。

骨料要求强度高，耐碱性好，与基体有良好的结合，价廉。

钢筋与水泥相容性好，耐碱。

为提高钢筋强度和结合力，近年来要求冷拉、外表轧槽。

3、纤维增强水泥基复合材料的技术要点？

基体强度要高强度取决于基体，选高标号水泥。

膨胀系数要适当af>

am，产生预压应力。

纤维足量纤维相互交错搭接，产生叠加效应。

弹性模量要匹配Ef>

Em

v4、聚合物改性混凝土有哪些种类？

（1）、聚合物浸渍

将已干固的混凝土构件，浸入聚合物单体或预聚体溶液中使其渗入空隙，通过加热聚合、固化形成聚合物填充。

提高密度、强度和韧性。

（2）、聚合物混凝土〔可归入聚合物基复合材料〕

聚合物完全取代水泥，作为集料的结合剂。

常用聚合物：

环氧、脲醛、糠醛、聚酯树脂等。

性能好，价格较高。

应用：

如人造石

（3）、聚合物水泥混凝土聚合物局部取代水泥。

要求聚合物具有亲水性，在水中或能溶解或能分散成乳液。

参加状态可以是单体、聚合物乳液、聚合物粉末

v5、什么是预应力混凝土？

v6、纤维增强水泥基复合材料的成型方法有哪些？

（1）、直接喷射法

砂浆配比：

～0.4；

～1

耐碱短切纤维：

12～50mm；

含量约3～5%

（2）、喷射脱水法

上法经减压，脱去多余水份，提高密度和强度。

（3）、预混料浇铸法

纤维与砂浆混合，铸模成型。

（4）、压力法

预混料铸模后，加压脱水。

（5）、离心成型法

离心成型+脱水。

适合于回转体构件，纤维可进行外表集中增强。