復(fù)合材料概念

1總論復(fù)合材料概念、命名、分類及其基本性能。概念：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。命名：將增強(qiáng)材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面，再加上“復(fù)合材料”?；拘阅埽嚎删C合發(fā)揮各種組成材料的優(yōu)點(diǎn)，使一種材料具有多種性能，具有天然材料所沒有的性能?？砂磳?duì)材料性能的需要進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)和制備?？芍瞥伤璧娜我庑螤畹漠a(chǎn)品。性能的可設(shè)計(jì)性是復(fù)合材料的最大特點(diǎn)。聚合物基復(fù)合材料的主要性能比強(qiáng)度、比模量大；耐疲勞性能好；減震性好；過(guò)載時(shí)安全性好；具有多種功能性；有很好的加工工藝性。金屬基復(fù)合材料的主要性能高比強(qiáng)度、高比模量；導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好；熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好；良好的高溫性能；耐磨性好；良好的疲勞性能和斷裂韌性；不吸潮、不老化、氣密性好。陶瓷基復(fù)合材料的主要性能強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗氧化，高溫下抗磨損性好、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，熱膨脹系數(shù)和相對(duì)密度較小復(fù)合材料的三個(gè)結(jié)構(gòu)層次一次結(jié)構(gòu)：由基體和增強(qiáng)材料復(fù)合而成的單層材料，其力學(xué)性能決定于組份材料的力學(xué)性能、相幾何和界面區(qū)的性能。二次結(jié)構(gòu)：?jiǎn)螌硬牧蠈雍隙傻膶雍象w，其力學(xué)性能決定于單層材料的力學(xué)性能和鋪層幾何。三次結(jié)構(gòu)：工程結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能決定于層合體的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)幾何。復(fù)合材料設(shè)計(jì)的三個(gè)層次單層材料設(shè)計(jì)：包括正確選擇增強(qiáng)材料、基體材料及其配比，該層次決定單層板的性能。鋪層設(shè)計(jì)：包括對(duì)鋪層材料的鋪層方案做出合理安排，該層次決定層合板的性能。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸。2基體材料1）金屬基體材料選擇基體的原則、金屬基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的基體、金屬基功能復(fù)合材料的基體原則：金屬基復(fù)合材料的使用要求；金屬基復(fù)合材料組成特點(diǎn)；集體金屬與增強(qiáng)物的相容性。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的基體可大致分為輕金屬基體和耐熱合金基體兩大類。金屬基功能復(fù)合材料的基體是純鋁及鋁合金、純銅及銅合金、銀、鉛、鋅等。2）無(wú)機(jī)膠凝材料

主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等。研究和應(yīng)用最多的是纖維增強(qiáng)水泥基增強(qiáng)塑料

與樹脂相比，水泥基體材料的特征特征：水泥基體為多孔體系，其孔隙尺寸可由十分之幾納米到數(shù)十納米；纖維與水泥的彈性模量比不大；水泥基材的斷裂延伸率較低；水泥基材種含有粉末或顆粒狀的物料，與纖維呈點(diǎn)接觸，故纖維的摻量受到很大面反應(yīng)層。4、交換反應(yīng)結(jié)合：基體與增強(qiáng)材料間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成化合物，且還通過(guò)擴(kuò)散發(fā)生元素交換，形成固溶體而使兩者結(jié)合。5、混合結(jié)合：上述幾種形式的混合結(jié)合方式。3）描述聚合物基復(fù)合材料界面的形成過(guò)程。簡(jiǎn)述聚合物基復(fù)合材料界面作用機(jī)理。界面的形成可分為兩個(gè)階段：第一階段是基體與增強(qiáng)纖維的接觸與潤(rùn)濕過(guò)程。增強(qiáng)體對(duì)基體分子中不同基團(tuán)或基體各組分的吸附能力不同；聚合物的界面結(jié)構(gòu)與本體不同。這一階段是界面形成與發(fā)展的關(guān)鍵階段。第二階段是聚合物的固化階段。聚合物通過(guò)物理或化學(xué)過(guò)程固化形成固定界面層。第一階段與第二階段往往是連續(xù)的，有時(shí)是同時(shí)進(jìn)行的。界面作用機(jī)理：⑴浸潤(rùn)吸附理論：浸潤(rùn)是形成復(fù)合材料界面的基本條件之一，浸潤(rùn)不良會(huì)在界面上產(chǎn)生空隙，易因應(yīng)力集中而開裂，完全浸潤(rùn)則將提高符合材料的強(qiáng)度⑵化學(xué)鍵理論：該理論認(rèn)為基體樹脂表面的活性官能團(tuán)與增強(qiáng)體表面的官能團(tuán)能其化學(xué)反應(yīng)，在界面形成共價(jià)鍵結(jié)合⑶物理吸附理論：也稱機(jī)械作用理論：認(rèn)為增強(qiáng)纖維與樹脂基體之間的結(jié)合屬于機(jī)械鉸合和基于次價(jià)鍵作用的物理吸附⑷過(guò)渡層理論：為消除內(nèi)應(yīng)力，界面區(qū)應(yīng)存在一個(gè)過(guò)渡層，起到應(yīng)力松弛作用⑸拘束層理論：該理論也認(rèn)為在基體和增強(qiáng)體之間存在一個(gè)松弛應(yīng)力的過(guò)渡層，但是該過(guò)渡層并非柔性的變形層⑹擴(kuò)散層理論：這種物理結(jié)合是指復(fù)合材料的增強(qiáng)體和基體的原子或分子越過(guò)兩組成物的邊界相互擴(kuò)散而形成的界面結(jié)合⑺減弱界面局部應(yīng)力作用理論：認(rèn)為處于基體與增強(qiáng)體界面間的偶聯(lián)劑提供了一種“自愈能力”的化學(xué)鍵，這種化學(xué)鍵在外載荷作用下處于不斷形成和斷裂的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)⑻靜電吸引理論：合適的偶聯(lián)劑使復(fù)合材料的基體和增強(qiáng)體的表面帶有異性電荷，引起相互吸引，從而形成界面結(jié)合力，靜電引力引起的界面強(qiáng)度取決于電荷密度。4）簡(jiǎn)述金屬基復(fù)合材料界面的類型、結(jié)合形式、影響其界面穩(wěn)定性的因素以及界面控制方法。Ⅰ類界面（纖維與基體互不反應(yīng)亦不溶解）是平整的，厚度為分子層的程度，除原組分外，界面不含其他物質(zhì)。Ⅱ類界面（纖維與基體不反應(yīng)，但相互溶解）是由原組分構(gòu)成的犬牙交錯(cuò)的溶解擴(kuò)散型界面Ⅲ類界面（纖維與基體相互反應(yīng)形成界面反映層）含有亞微級(jí)左右的界面反應(yīng)物質(zhì)（界面反應(yīng)層）結(jié)合方式：物理結(jié)合：指借助材料表面的粗糙形態(tài)而產(chǎn)生的機(jī)械絞合，以及借助基體收縮盈利包緊纖維時(shí)產(chǎn)生的摩擦結(jié)合?溶解和浸潤(rùn)結(jié)合：纖維與基體的相互作用力是極短程的，只有若干原子間距?反應(yīng)結(jié)合：特征是在纖維與基體之間形成新的化合物層，即界面反應(yīng)層影響界面的穩(wěn)定因素：包括物理和化學(xué)兩個(gè)方面。物理方面的不穩(wěn)定因素主要指在高溫條件下增強(qiáng)纖維與基體間的熔融?；瘜W(xué)方面的不穩(wěn)定因素主要與復(fù)合材料在加工和使用過(guò)程中發(fā)生的界面化學(xué)作用有關(guān)，包括連續(xù)界面反應(yīng)，交換式界面反應(yīng)和暫穩(wěn)態(tài)界面變化等幾種現(xiàn)象。界面控制方法：增強(qiáng)體表面涂層處理，金屬基體合金化，優(yōu)化制備方法和工藝參數(shù)。5）玻璃纖維的表面處理劑種類？用表面處理劑處理玻璃纖維的方法目前主要有哪三種？試簡(jiǎn)述之。有機(jī)絡(luò)合物類表面處理劑，是有機(jī)酸與氯化鉻的絡(luò)合物，該類處理劑在無(wú)水條件下結(jié)構(gòu)式為A。有機(jī)鉻絡(luò)合物的品種較多，其中以甲基丙烯酸氯化鉻配合物應(yīng)用最為廣泛，其結(jié)構(gòu)式為B。前處理法：用既能滿足抽絲和紡織工藝要求，又能促使纖維和樹脂浸潤(rùn)與粘接的處理劑代替紡織型浸潤(rùn)劑，在玻璃纖維抽絲過(guò)程中，涂覆到玻璃纖維上。后處理法：先除去抽絲過(guò)程涂覆在玻璃纖維表面的紡織浸潤(rùn)劑，纖維經(jīng)處理劑浸漬、水洗、烘干，使玻璃纖維表面上覆上一層處理劑。遷移法：將化學(xué)處理劑加入到樹脂膠粘劑中，在纖維浸膠過(guò)程中，處理劑與經(jīng)過(guò)熱處理后的纖維接觸，當(dāng)樹脂固化后產(chǎn)生偶聯(lián)作用。對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理的方法有哪些？氧化法、沉積、電聚合、電沉積、等離子體處理第五章聚合物基復(fù)合材料1什么是聚合物？什么是聚合物基復(fù)合材料？聚合物是指那些由眾多原子或原子團(tuán)主要以共價(jià)鍵結(jié)合而成的相對(duì)分子量在一萬(wàn)以上的化合物。聚合物基復(fù)合材料是以郵寄聚合物為載體，連續(xù)纖維為增強(qiáng)材料組合而成的2聚合物基復(fù)合材料中聚合物基體的選擇原則是什么？良好的綜合性能，對(duì)增強(qiáng)材料具有較大的粘附力，良好的工藝性，低毒性，低刺激性，價(jià)格合理3聚合物基復(fù)合材料的基本性能有哪些？較高的比強(qiáng)度和比模量，抗疲勞性能好，減振性能好，高溫性能好，安全性好，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、成型工藝簡(jiǎn)單。4聚合物基復(fù)合材料噴射成型對(duì)原材料有哪些要求？噴射成型的特點(diǎn)是什么？在樹脂體系的粘度應(yīng)適中，容易噴射物化、脫除氣泡和浸潤(rùn)纖維，以及不帶靜電等。可以成型比較復(fù)雜形狀的制品，但其厚度和纖維含量都較難精確控制，樹脂含量一般在60%以上，孔隙率較高，制品強(qiáng)度較低，施工現(xiàn)場(chǎng)污染和浪費(fèi)較大。5聚合物基復(fù)合材料成型加工技術(shù)有哪些？手糊成型—濕法鋪層成型，真空袋壓法成型，壓力袋成型，樹脂注射和樹脂傳遞成型，噴射成型，真空輔助樹脂注射成型，夾層結(jié)構(gòu)成型，模壓成型，注射成型，擠出成型，纖維纏繞成型，拉擠成型，連續(xù)板材成型，層壓或卷制成型，熱塑性片狀模塑料熱沖壓成型，離心澆鑄成型。6簡(jiǎn)述模壓成型工藝的具體工藝過(guò)程。將定量的模數(shù)量或顆粒狀樹脂與短纖維的混合物放入敞開的金屬對(duì)模中，閉模后加熱使其融化，并在壓力作用下充滿模腔，形成與模腔相同形狀的模制物，再經(jīng)加熱使樹脂進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，或者冷卻使熱塑性樹脂固化，脫模后得到復(fù)合材料制品。7連續(xù)纏繞成型工藝對(duì)樹脂基體及模芯材料有什么要求？并簡(jiǎn)述其具體工藝過(guò)程。將纖維或帶狀織物浸漬樹脂后纏繞在芯模上，或者先將纖維或帶狀織物纏好后再浸漬樹脂。目前普遍采用前者。纏繞機(jī)類似一部機(jī)床、纖維通過(guò)樹脂槽后，用軋輥除去纖維中多余的樹脂。纖維應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和模量，容易被樹脂浸潤(rùn)，纖維紗的張力均勻和纏繞時(shí)不起毛、不斷頭。所使用的芯模應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受成型加工過(guò)程中各種載荷如纏繞張力、固化時(shí)的熱應(yīng)力、自重等。第六章金屬基復(fù)合材料1分類按基體：鋁基復(fù)合材料、鎳基復(fù)合材料、鈦基復(fù)合材料按增強(qiáng)體：顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、層狀復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料2簡(jiǎn)述金屬基復(fù)合材料中纖維狀增強(qiáng)體的共性高強(qiáng)度，高模量，容易制造和價(jià)格低廉，化學(xué)穩(wěn)定性好，纖維的尺寸和形狀，性能的再現(xiàn)性與一致性，抗損傷或抗磨損性能3簡(jiǎn)述鋁基復(fù)合材料的制造及二次加工工藝？纖維排列、復(fù)合材料組分的組裝壓合和零件層壓。二次加工是指對(duì)基本的復(fù)合材料型件如平板、梁和管等所進(jìn)行的加工、包括成型、連接機(jī)械加工和熱處理等工藝過(guò)程。第七章陶瓷基復(fù)合材料1陶瓷基復(fù)合材料的增強(qiáng)體也稱為增韌體。從幾何尺寸上可分為纖維、晶須和顆粒。2纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料分類及其增韌機(jī)理按纖維排布方式的不同，可將其分為單向排布長(zhǎng)纖維復(fù)合材料和多向排布纖維復(fù)合材料。單向：當(dāng)外加應(yīng)力進(jìn)一步提高時(shí)，由于基體與纖維間的界面的離解，同時(shí)又由于纖維的強(qiáng)度高于計(jì)提的強(qiáng)度，進(jìn)而使纖維可以從基體中拔出。當(dāng)拔出的長(zhǎng)度達(dá)到某一臨界值時(shí)，會(huì)使纖維發(fā)生斷裂。因此裂紋的擴(kuò)展必須克服由于纖維的加入而產(chǎn)生的拔出功和纖維斷裂功，這使得材料的斷裂更加困難，從而起到了增韌的作用。實(shí)際材料斷裂過(guò)程中，纖維的斷裂并非發(fā)生在同一裂紋平面，這樣主裂紋還將沿纖維斷裂位置的不同而發(fā)生裂紋轉(zhuǎn)向。這也同樣會(huì)使裂紋的擴(kuò)展阻力增加，從而使韌性進(jìn)一步提高。多向：機(jī)理與單向排布纖維復(fù)合材料一樣，主要靠纖維的拔出與裂紋轉(zhuǎn)向機(jī)制，使其韌性及強(qiáng)度比基體材料大幅度提高。3纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的成型方法泥漿澆鑄法：在陶瓷泥漿中把纖維分散，然后澆鑄在石膏模型中。熱壓燒結(jié)法：將長(zhǎng)纖維切短，然后分散并與基體粉末混合，再用熱壓燒結(jié)的方法即可制得高性能的復(fù)合材料。浸漬法：首先把纖維編織成所需形狀，然后用陶瓷泥漿浸漬，干燥后再進(jìn)行焙燒。4晶粒和晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制造工藝流程。（*）配料：濕法和干法。一般采用濕法，濕法主要采用水作溶劑，但在氮化硅、碳化硅等非氧化物系的原料混合時(shí)，為防止原料的氧化則使用有機(jī)溶劑。混合裝置一般采用專用球磨機(jī)。成型：金屬模成型法和橡皮模成型法，注射成型法，擠壓成型法。燒結(jié)：從生胚中除去粘合劑后的陶瓷素坯固成致密制品的過(guò)程精加工：提高燒成品的尺寸精度和表面平滑性第八章水泥基復(fù)合材料1水泥的定義和分類凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后稱為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散?；蚶w維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，通稱為水泥。按用途和性能可分為：通用水泥，專用水泥和特性水泥。2以標(biāo)準(zhǔn)水泥為例，簡(jiǎn)述水泥的原料組成、熟料中的物質(zhì)組成；水泥強(qiáng)化方法？生產(chǎn)一噸標(biāo)準(zhǔn)水泥所需求的原料：1149kg石灰石，233kg粘土，58kg硅石，29kg氧化鐵原料，8kg其他，38kg石膏，110煤炭，103Kw·h電力。物質(zhì)組成：強(qiáng)化方法：改善水泥漿自身的強(qiáng)度，強(qiáng)化骨料與界面的結(jié)合力，選擇強(qiáng)度大的骨料，采取積極的填補(bǔ)空隙的方法。3混凝土的組成水和水泥拌成的水泥漿是起膠結(jié)作用的組成部分。4簡(jiǎn)述影響纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的因素？基體的性能，增強(qiáng)纖維與水泥基體間的相互作用，纖維與基體在熱膨脹