课程作业
学 院：矿业学院 专 业：矿物资源工程 班 级：矿资091 学 号：0908010394 学生姓名：任前伟
2011年 12 月
5日
《复合材料》
1.简述复合材料的概念，特征，组成及分类。
答：复合材料就是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
特征为复合材料是由基本相、增强相和界面相组成的多相材料，这种多相结合方式赋予了复合材料特殊的性能，使其可以发挥每种组合材料的优点，而规避了单一材料的缺点，在很大程度上增加了组合材料的应用范围。
其组成是由基体，增强体和两者之间的界面组成，复合材料的性能则取决于增强体与基体的比例以及三个组成部分的性能。
其分类按基体材料类型分类为：有机高分子聚合物基，无机非金属材料基和金属基复合材料三大类。按增强体分类为叠成式复合材料，片材增强复合材料，颗粒增强复合材料和纤维增强复合材料。按功能分类为功能复合材料和结构复合材料。
2.简述复合材料的增强体原理和复合原则。
答：由于复合材料是由两种或两种以上不同的材料组分复合而成的，增强体起着增加强度、改善性能的作用。其形状、含量、分布以及与基体的界面结合、结构也会影响复合材料的性能。复合材料的复合原理，就是反映上述因素对复合材料性能的影响规律。据此人们可以对所需要研究和开发的复合材料的性能，包括力学、物理、化学性能等进行设计、预测和评估，其混合原则体现出了。按增强材料的种类和性质，复合材料的强化机制可以分为三大类：弥散增强机制，颗粒增强机制，纤维增强机制。
3.简述复合材料各组成部分的作用及其分类。
答：基体的作用为将增强体粘结成整体，并赋予复合材料一定形状，传递外界作用力，保护增强体免受外界环境侵蚀的作用；其分类主要有聚合物基体，金属基体，陶瓷基复合材料的基体，水泥基复合材料的基体，碳/碳复合材料基体等。增强体的作用为中
加强度、改善性能的作用；其按形态分为颗粒状、纤维状、片状、立方编制物等。而按化学特征分为无机非金属类、有机聚合物类和金属类。界面的作用有传递作用、阻0断作用和保护作用。
4.简述碳纤维的制备方法及性能特点。
答：碳纤维的制备方法有有机先驱体纤维法和气相生长发。其性能特点有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学辐射等特性。此外还具有行为的柔顺性和可编性，比强度和比模量优于其他纤维。
5.简述芳纶纤维增强体的制备方法、性能特点及其应用。
答：其制备方法为首先把PPTA溶于浓硫酸中，随后用湿法纺丝纺出纤维。
性能特点为抗拉强度高、冲击性能高、热稳定性高和耐火而不溶等特点。
其应用有航天领域、电子电器相关领域、土木建筑领域、压缩天然气灌和潜水用呼吸器和防弹制置等领域。
6.简述晶须的制备方法及其性能。
答：晶须可采用化学分解的方法从过饱和的气体、液体、熔体生长，也可从固体中生长，即通常所指的气相法和液相法、固相法。
其性能为要好的弹性模量、抗张强度、伸张泥、保持高温强度的性能等。
7.简述聚合物基复合材料的特点及分类。
答：特点为突出的比强度与比模量、可设计性、线膨胀系数低，极好的尺寸稳定性、卓越的耐腐蚀性、耐疲劳、加工性、耐热性、较低的综合成本，以及减震性和过载安全性等特点。其分类多种，如按聚合物的热可加工特性可分为热固性及热塑性树脂两大类。按树脂性能特点和用途分类为一般用途树脂、耐热树脂、耐
候性树脂和阻燃树脂等。按成型工艺分类为1.手湖用树脂 2.喷射用树脂 3.胶衣用树脂 4.常饶用树脂 5.拉挤用树脂 6.树脂传递模型用树脂 7.SMC压缩成型法用树脂等。
8.简述PMC的制备工艺及成型方法。
答：通常有一步法和两步法之分。一步法是由纤维增强体直接侵泽树脂，并成型固化的方法；两步法是预先将纤维等增强体材料与树脂混合、侵泽、加工，使之形成复合材料的半成品，然后再有半成品加工成型复合材料制品。其成型方法有1.手湖成型 2.压力成型 3.藏绕成型 4.拉挤成型 5.注射成型 6.树脂传递成型。此外还有反应注射成型、树脂模注入成型技术、复合材料树脂注入模塑技术、软模成型法和离心成型技术等PMC成型方法。
9.论述热压扩散结合法和半固态铸造成型法制造MMC的工艺过程及特点。
答：热压扩散结合法是一种在加压状态下，通过固态焊接工艺，是同类或不同类的金属基体在高温条件下相互扩散粘结在一起的方法，是连接纤维增强金属基复合材料最具有代表性的一种固态复合工艺。 半固态铸造成型法制造MMC的工艺过程为在金属合金的固液两相区内搅拌，形成含有一定初生固相的半固态金属溶液；其次，在不断搅拌的情况下，向熔体中加入增强颗粒或其他增强体，使之在基体合金溶液中均匀分布；然后升温至全液态，重力浇注或压铸。 其特点为具有高效、节能、近净成型，以及成型件高性能等诸多特点。
10.试述原位复合法制造MMC的特点及主要方法和原理。
答：特点为有良好的增强材料与金属基体之间的相溶性、不存在基体于增强体之间的界面反应和润湿性的问题、界面应力和界面层等特点，且在陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料得以应用。其主要方法有：定向凝固法、直接金属氧化法、自蔓延高温合
成法和反应生成法等。它的原理为增强体在金属基体中直接生成，解决了增强材料与金属基体只讲的相溶问题的方法。
11.论述MMC的界面结合形式、界面结构、主要界面反
应及其对复合材料性能的影响。
答：MMC的界面结合形式分为四类：化学结合、物理结合、扩散结合、机械结合、混合结合。 MMC的界面结构为有界面反应产物的界面微结构、有元素偏聚和析出相的界面微结构、 增强体与基体直接进行原子结合的界面结构、其他类型的界面结构。 MMC的主要界面反应为金属基复合材料在制备过程中发生了不同程度额界面反应，形成复杂界面结构。 其对复合材料性能的影响有连续纤维增强金属基复合材料的低应力破坏、界面对金属基复合材料力学性能的影响和界面对金属基复合材料微区性能的影响。
12.简述第二相颗粒增韧陶瓷基复合材料的主要机理。
答：第二相颗粒增韧陶瓷基复合材料的主要机理有热膨胀失陪增韧机制与增韧效果预测、应力诱导微裂纹区增韧机制、残余应力场增韧机制和颗粒的裂纹侨联增韧机制。
13.简述仿生CMC的设计思路。
答：仿生CMC的设计思路为：简单组成、复杂结构；引入弱界面层，使得裂纹在弱局面层中反复偏折，消耗大量的断裂能；非均质设计、精细结构。
14.简述碳/碳复合材料的制造工艺。
答：碳/碳复合材料的制造工艺有：碳纤维的选择、碳纤维预制体的制备、致密化工艺、石墨化、机械加工和检测。
15.论述碳/碳复合材料的性能。
答：碳/碳复合材料的性能： 力学性能
碳/碳复合材料属脆性材料，断裂破坏时断裂应变很小，并出现“假
塑性-弹性变形”的现象。 热物理性能
热导里高、抗热震性、线膨胀系数较小、辐射系数大、比热容大。 抗烧烛性能、疲劳性能、摩擦磨损性能和生物相容性。
16.试述功能复合材料的概念及其复合效应。
答：功能复合材料的概念为除了机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。其复合效应为线性效应与非线性效应。其线性效应包括平均效益、平行效应、相补效应和相抵效应。而非线性效应包括乘积效应、系统效应、诱导效应和共振效应。