复合材料思考题

复合材料

1.根据复合材料的定义,试举一种以金属、陶瓷或高分子为基体的复合材料,并说明其特性。

用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分(或称组元),通过人工复合、组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。

2.在给定基体材料和增强材料的前提下,如何才能获得优异性能的复合材料,试举一例说明。

3.复合材料制备方法的选择要遵循哪些原则?

增强材料损伤小、分布可控、发挥性能优势、性能/价格比低

4.弥散强化是如何实现的?

弥散颗粒对位错的钉扎

5.根据连续纤维增强原理,说明采用哪些措施可以获得性能优异的连续纤维增强复合材料?

优异的纤维性能、足够的纤维体积分数、与整体结构配合的纤维排列、良好的界面结合、基体具有良好的塑性、基体性能均匀。

6.如何使短纤维有序排列?

排列成预制件、逐层铺设等。

7.短纤维增强复合材料的优势和不足分别有哪些?

成本较低、制备相对容易;不足:纤维分布难以控制,复合材料的界面结合有待加强,相关增强机理有待完善。

8.混杂增强希望达到的目的是什么?试举例分析。

充分利用不同增强体的性能优势,获得比单一复合更加优异的综合性能。

9.试分析长纤维与颗粒混杂增强的优势和不足。

优势:获得良好单向性能的同时,获得良好的基体性能。

不足:长纤维的制备成本高,颗粒增强使成型难度更大。

10.复合材料的界面在复合材料中能发挥怎样的作用?

传递应力、阻断裂纹、不连续效应、散射和吸收、诱导效应

11.复合材料的界面粘结机理有哪些?请举出一种加以说明。

机械作用理论、静电作用理论、界面反应理论、浸润理论、可变形层理论、约束层理论

12.聚合物基复合材料的界面有哪些特点?

聚合物基复合材料的界面往往含有改性层且界面层的模量一般低于增强材料的模量。13.避免金属基复合材料界面过度化学反应的措施有哪些?

增强材料处理(氧化、涂层)、基体材料合金化、改进制备工艺(避免液态、降低温度)。

14.你认为铜-铝复合材料的界面结合存在哪些问题,如何加以解决?

界面金属间化合物、氧化,复合温度控制、气体保护等。

15.陶瓷层状复合材料应用的障碍是什么,通过哪些技术途径可以推动该类材料的应用?

制备工艺复杂(烧结难)、成本高,烧结助剂、纳米粉体、开发新工艺等。

16.界面结合强度表征有哪些方法?你认为哪一种方法比较具有发展前途,为什么?

(脱粘、顶出、拔出、动态加载、声发射、扭辫分析、宏观)

17.你认为在复合材料界面结构表征与复合材料宏观力学性能之间还有哪些工作需要完善,你有什么好的建议?

(界面层厚度与结构——图像分析,快速获得统计结果和分布、结构与界面结合强度之间的关系、非破坏性观察)

18.玻璃纤维有哪些主要物理和化学特性,这些性能在玻璃钢制品中发挥怎样的作用?

(外观、密度、强度、耐热、膨胀特性、耐腐蚀)

19.玻璃纤维有哪些制品,它们应用在哪些场合?你觉得还可以开发哪些玻璃纤维制品?

(无捻粗纱、无捻粗纱方格布、玻璃纤维毡片、缝合毡、加捻玻璃纤维布、玻璃带、三向织物等;玻璃纤维绳、笼、立体编织物等)

20.碳纤维有什么样的性能优势,目前应用中还存在哪些问题?

(强度高、弹性模量高、耐腐蚀、耐高温;高温氧化、界面反应、成本等)

21.试对氧化铝纤维和碳化硅纤维的主要性能进行比较。

(电气绝缘;强度、弹性模量、耐腐蚀、耐高温;耐辐射性能)

22.晶须有什么样的结构和性能特点,如何扩大晶须的应用?

(单晶短纤维状,近似理想力学性能;低成本制备,在基体中的分散工艺)

23.颗粒增强体有什么特点,它们在应用上还存在哪些不足?

(成本低、制备简单、分散容易;颗粒高性能化、形态控制、颗粒分散)

24.环氧树脂有什么样的性能特点,有哪些改进性能的措施?

(工艺性好、韧性好、良好的粘合性、收缩性小、化学稳定性好;主要措施:树脂改性、添加填料、添加纤维增强体)

25.热塑性树脂有什么优缺点,它们一般由哪些组分组成?

(工艺性好、可反复加工、韧性好,耐热性、尺寸稳定性差;树脂及常用辅助材料如脱模剂、填料、触变剂等)

26.聚合物基复合材料的制备方法有哪些,其应用如何?

(手糊、模压、缠绕、拉挤等,不同结构、不同基体、不同性能)

27.聚合物基复合材料的主要优缺点有哪些,通过哪些手段可以避免或改进聚合物基复合材料的不足?

(优点:成型方便、比强度高、比模量高、疲劳极限高;不足:耐热性能差、易老化;措施:树脂改性、添加抗老化剂等。)

28.试对金属基复合材料的主要优缺点进行分析,并根据铝合金的特点分析铝基复合材料的应用前景。

(比强度、比刚度、导电、耐热、抗冲击,抗腐蚀性较差、金属易与增强体产生界面反应;比强度、比刚度高,熔点低,容易进行塑性变形,成型工艺简便,来源广,应用广泛。)

29.请列举三种以上金属基复合材料制备方法,并对你认为最有发展前途的一种进行分析。

(固体法—粉末冶金、液体法—压铸、原位生成法—定向共晶生长)

30.试对金属基复合材料的性能特点进行阐述,并对铜基复合材料的发展趋势进行分析。

(比强度、比刚度高,导电、耐热性能好,抗冲击;密度高、制备相对困难,但导电、导热性能优异——电工、电子)

31.试分析钢基复合材料的特点,并说明其应用前景。

(耐热性能好、成本低廉,原材料来源广,成型温度高、制备比较困难;制备工艺、成本等突破后将有广阔的应用前景)

32.试阐述陶瓷基复合材料的增韧机理,并对长纤维、晶须和颗粒增强复合材料的增韧效果进行分析。

(裂纹偏转、桥连、纤维拔出;增强体的性能、形态、尺寸,界面结合,增强体的类型)33.试分析说明晶须增强陶瓷基复合材料成型过程的主要工艺步骤,并提出改进该类材料性能的工艺措施。

(配料成型烧结精加工;严格控制工艺的基础上,开发新的湿混介质、将成型和烧结有机结合;减少精加工量等)

34.请举例说明长纤维增强陶瓷基复合材料的应用。

(SiCf/SiC用于高速列车制动片、航天热结构件,Cf/SiC用于航天热结构件等)

35.高性能混凝土的主要特性有哪些,在配制技术上可采取哪些措施来提高其性能?

(强度高、抗渗能力好、和易性好、使用寿命长、体积稳定性较高;原材料-高效减水剂、级配)

36.纤维增强水泥基复合材料的主要成型工艺有哪些?请谈谈哪种工艺最有发展前景。

(直接喷射法、喷射脱水法、预混料浇铸法、压力法、离心成型法)

37.聚合物混凝土复合材料可以分为哪几种,它们各自的应用情况如何?

(聚合物混凝土、聚合物浸渍混凝土、聚合物改性混凝土,成本、使用寿命、工艺难易程度等)

38.聚合物混凝土的主要制备工艺有哪些?其主要性能如何?

(聚合物混凝土:浇铸、振动、离心、压缩、挤出成型等。强度高、固化收缩小、抗渗、耐磨、抗冲击、化学稳定性高)

39.碳/碳复合材料有哪些主要优异性能,如何实现其表面的陶瓷保护层涂覆?

(强度高、密度低、耐热耐磨、热膨胀系数小、导热性好、摩擦性能好;化学气相沉积、固态扩散)

40.碳/碳复合材料在民用方面已经有哪些应用?你认为在哪些领域还可以拓展其应用,有什么措施?

(飞机、汽车、模具、化工、高温发热材料、骨替换材料、体育器材;建筑墙体材料,能否改变设计思路?)

41.纳米复合材料根据基体可以分为哪几种?你认为哪一类纳米复合材料更有前途。

(聚合物、陶瓷、金属、半导体基纳米复合材料)

42.块体铝基纳米复合材料的制备方法有哪些?请对非晶纳米晶化方法的优缺点进行评价。

(液态法-搅拌铸造、熔体反应等,固态法-粉末冶金、机械合金化、SHS等;工艺简单、容易实现、可制备块体材料,成本较高、体系及尺寸受到限制)

43.请结合一种具体的功能复合材料阐述功能复合材料的设计原则。

(各种复合效应、材料的选择、工艺选择)

44.请对导电复合材料开发中遇到的主要问题进行说明,并提出解决这些问题的建议。

(体积分数与导电性的关系、导电增强体在聚合物基体中的分散、复合材料的耐热特性)45.请阐述原位复合技术的优缺点。

(增强相热力学稳定,易实现近净成型,界面无污染、结合良好;体系受到限制,反应过程及产物控制待完善)

46.复合材料可靠性存在的主要问题有哪些,请举例对其中一个问题进行说明。

(特性知识的缺乏、性能的分散性、工艺的不稳定性、方法的不完善、数据的不足、规律掌握不够、综合评价不充分等)

47.试阐述从控制工艺质量提高复合材料可靠性有哪些具体的措施。

(配方、工艺参数的控制,新工艺的开发,计算机模拟技术的应用等)

48.结合复合材料的开发,谈谈你认为具有发展前途的新型复合技术。

(原材料来源广,工艺简单,复合材料结构、性能可靠)

49.请举例说明湿热条件对复合材料的可靠性有哪些影响。

(树脂基复合材料:树脂吸水膨胀、开裂,纤维破坏,树脂玻璃化温度降低等)

50.请列举三种复合材料无损检测方法,并说明它们的优缺点。

(X射线、超声波、计算机层析照相(CT) 、红外热成像检测、声发射、微波、激光检测法、中子照相法)

时间:2012年12月29日(8:30-10:30)。

形式:闭卷

地点:2509

题型:选择3*10=30 、简答6*8=48、论述11*2=22

一、请从下列每题A、B、C、D四个选项中选择一个最合适的序号。

1、复合材料可以分为(B )。

A、金属基复合材料、纤维增强复合材料

B、功能复合材料、结构复合材料

C、聚合物基复合材料、层状复合材料

D、一般复合材料、先进复合材料

二、简答题

1、请举例说明湿热条件对复合材料的可靠性有哪些影响。

答:对于常用的树脂基复合材料,在湿热条件下,会出现树脂吸水膨胀、开裂,出现纤维破坏以及树脂玻璃化温度降低等现象,使复合材料的可靠性下降直至出现复合材料的失效。

三、论述题

1、请举例分析湿热条件对复合材料可靠性的影响。

答:对于常用的碳纤维增强树脂基复合材料,湿热条件将对其可靠性形成如下影响:1)树脂吸水膨胀、开裂:水分子在树脂基体中扩散,基体发生溶胀,使吸湿量增加,直至造成材料的永久性破坏。

2)纤维破坏:在湿热环境下纤维的抗腐蚀能力降低,

3)树脂玻璃化温度降低:在比较高的环境温度下基体的玻璃化转变温度降低,并降低其强度和刚度。

以上现象的出现和发展,使复合材料的可靠性下降直至出现复合材料的失效。

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