复合材料A-答案

中国海洋大学2007-2008学年第2学期期末考试试卷材料学院《复合材料》课程试题(A卷)共6页第1页考试说明：本课程为闭卷考试，可携带文具(或本课程为开卷考试，可携带文具和资料)，满分为：100分。一．判断下列命题是否正确，如果有错误请改正（15题×2分/题＝30分）1．按照增强体形态分类，复合材料可以分为聚合物基、金属基和无机非金属基复合材料。错误。基体材料性质。2．复合材料组分的相容性包括物理相容性和化学相容性，其中只有化学相容性对复合材料的制备和性能产生重要影响。错误。二者都对复合材料产生重要影响。3．所有碳纤维的制备都包括稳定化处理、碳化热处理和石墨化热处理。错误。石墨化热处理并不是所有碳纤维制备过程中所必须的。4．铝基、钛基、镁基和镍基复合材料都属于金属基复合材料。正确。5．玻璃钢是以钢作为基体材料的金属基复合材料。错误。玻璃钢是聚合物基复合材料。题号一二三四五六七总分得分授课教师命题教师或命题负责人签字年月日院系负责人签字年月日优选专业年级材料化学、高分子材料与工程05级学号姓名授课教师田进涛座号------------------------------------------------装装装------------------------------------------------订订订------------------------------------------------线线线------------------------------------------------共6页第2页6．复合材料界面对其性能、破坏及应用效能影响不大。错误。复合材料界面对其性能、破坏及应用效能影响很大。7．非连续增强相金属基复合材料一般采用固态法制备。错误。一般采用液态法制备。8．一般地，采用玻璃纤维进行增强后聚合物基体的拉伸性能都有不同程度的提高。正确。9．经过陶瓷颗粒增强后，钛基体的塑性、韧性和耐疲劳性能明显下降。正确。10．相对聚合物基、陶瓷基复合材料而言，金属基复合材料具有较高的韧性和耐冲击性能。正确。11．真空热压扩散结合制备金属基复合材料的方法属于液态法。错误。图态法。12．当界面润湿条件很差时，可采用无压渗透法制备金属基复合材料。错误。压力渗透法。13．粉末冶金法是制备连续增强相金属基复合材料的常用方法。错误。非连续增强相。中国海洋大学2007-2008学年第2学期期末考试试卷材料学院《复合材料》课程试题(A卷)共6页第3页14．铸造铝合金适于压力加工，而形变铝合金适于铸造。错误。前者适于铸造，后者适于压力加工。15．缠绕成型制备聚合物基复合材料的制品限于回转体。正确。二．名词解释（5题×3分/题＝15分）1．复合材料：是用经过选择的、含一定数量比的两种或者两种以上的组分（或组元），通过人工复合，组成多相且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。2．增强体：是复合材料中能明显提高基体材料某一性能的组元物质，具有能明显提高基体某种所需的特性性能，且有稳定的化学性质。3．疲劳断裂：材料在周期性交变应力作用下，即使作用应力较低（一般低于屈服强度），也会发生断裂，称为材料的疲劳断裂。4．比模量：材料模量和其密度之比。5．微晶玻璃：通过加入晶核剂等方法，经过热处理在玻璃中形成晶核，再使晶核长大而形成的玻璃与晶体共存的均匀材料，又称为玻璃陶瓷。优选专业年级XXXXXXX学号姓名授课教师座号------------------------------------------------装装装------------------------------------------------订订订------------------------------------------------线线线------------------------------------------------优选专业年级材料化学、高分子材料工程05级学号姓名授课教师田进涛座号------------------------------------------------装装装------------------------------------------------订订订------------------------------------------------线线线------------------------------------------------共6页第4页三．简答题（3题，共35分）1.分别从基体材料性质、增强材料几何形态、材料用途三个方面对复合材料进行详细分类，并对其特征进行说明。（15分）(1)按基体材料的性质分类（最常用的分类方法）聚合物基复合材料:以有机聚合物为基体材料，包括热固性树脂基复合材料、热塑性树脂基复合材料、橡胶基复合材料；金属基复合材料：以各种金属或合金为基体材料，包括轻金属基复合材料、高熔点金属基复合材料、金属间化合物基复合材料；陶瓷基复合材料：以各种陶瓷(也包括其它一些无机非金属材料)为基体材料，包括陶瓷基复合材料、碳基复合材料、水泥基复合材料等。（2）按增强材料的几何形态分类颗粒增强复合材料：增强相为颗粒状，增强效果是三维的，包括微米颗粒增强和纳米颗粒增强复合材料；纤维增强复合材料：以细而长的纤维为增强材料，一般在纤维方向上起增强作用，增强效果最明显，包括连续纤维增强和不连续纤维增强复合材料；叠层复合材料：增强相是分层叠铺的，各层之间由基体材料连接，增强效果是二维的；片材增强复合材料：增强相是薄片状，包括天然片状物（如云母）和人工片状物增强的复合材料。（3）按用途分类结构复合材料：主要用来制造承力构件，其增强体组元用来承受载荷，基体组元则连接增强体组元使之成为一个整体进行承载，同时又起分配和传递载荷的作用。组元选材和增强体排布设计可根据使用中受力的要求进行，从而充分发挥组元各自效能。功能复合材料：为具有特殊物理或者化学特性（包括声、光、电、磁、热、耐腐蚀、低膨胀系数等方面）而设计制造的复合材料。2．简述复合材料的结构组成，说明基体相、增强相、界面的一般特征。（10分）复合材料是由两种或两种以上的组元以及它们之间的界面构成。组元材料的其中之一往往是连续分布的，称为基体材料或基体相；其它的相则分散分布于基体材料中，往往能对基体材料起一定的增强作用，所以称为增强材料或增强相。（1）基体相：一般连续分布，质地较软、韧，具有支撑和保护增强相的作用；中国海洋大学2007-2008学年第2学期期末考试试卷材料学院《复合材料》课程试题(A卷)共6页第5页（2）增强相：可以是颗粒、纤维、层片状，具有高强度、模量、硬度等，是主要的承载相；（3）界面：厚度通常在亚微米以下，但总面积相当可观，对复合材料性能、破坏及应用效能有很大影响，应予以应有的重视。3．试列举金属基复合材料的制备方法并作简要说明。（10分）（1）先驱体制备：纤维/聚合物粘结剂法、等离子喷涂法、PVD法、粉末法、熔池法（2）固态法：真空热压扩散结合、热等静压、模压法、粉末法（3）液态法：压铸法、半固态复合铸造、喷射成型法、无压浸渗法（4）粉末冶金法：制备非连续增强相金属基复合材料的常用工艺。（5）原位生长法：直接金属氧化法、反应生长法等。四．分析讨论题（2题×10分/题＝20分）1．试从基体与增强体材料的性能特点、复合材料制备工艺、复合材料性能特点与应用等方面来分析讨论三大类复合材料（聚合物基、金属基、陶瓷基复合材料）的优缺点与应用前景。（1）聚合物基复合材料：基体材料为有机聚合物，耐高温性能差，常在较低温度下使用；增强体一般采用性能较好、价格低廉的玻璃纤维；复合材料制备工艺具有方法多样、工艺简便、设备简单、成本很低的特点；由于发展早、技术成熟、成本低廉，所以应用很广，可涉及到一般工业的多个领域。优选专业年级XXXXXXX学号姓名授课教师座号------------------------------------------------装装装------------------------------------------------订订订------------------------------------------------线线线------------------------------------------------优选专业年级材料化学、高分子材料工程05级学号姓名授课教师田进涛座号------------------------------------------------装装装------------------------------------------------订订订------------------------------------------------线线线------------------------------------------------共6页第6页（2）金属基复合材料：以力学性能较好、使用温度相对较高的各种金属或合金为基体材料，包括轻金属、高熔点金属、金属间化合物等；增强材料一般采用性能出众的高强纤维如碳纤维、硼纤维等；复合材料一般在较高的温度下制备，工艺复杂，对设备要求较高；复合材料性能出众，增强效果明显；但由于成本较高，主要应用于航空航天、军事、汽车工业等领域。（3）陶瓷基复合材料：以各种陶瓷为基体材料，也包括其它一些无机非金属材料如碳基、水泥基等，具有高硬度、高弹性模量、较低密度的特点，最主要的缺点是由于脆性而导致的断裂韧性低、断裂应变小、抗冷热交变和冲击载荷性差；通过加入增强颗粒（如延性颗粒）、增强纤维（如晶须）等产生各种增韧机制而实现对脆性基体的补强增韧；由于制备温度较高、设备需求复杂从而导致成本较高，尚处于研发阶段，主要应用于航空航天等材料性能要求高的领域。2．采用复合化途径对陶瓷材料进行强韧化，都有哪些可能的增韧方法？试讨论其增韧机制。颗粒弥散增韧：添加增强颗粒，获得颗粒的弥散分布，实现增韧；纤维（晶须）补强增韧：添加短纤维或者晶须，纤维断裂前吸收了大量断裂能而增韧；层状复合增韧：层状物在裂纹的扩展过程中能够有效增加扩展路径而实现增韧；延性金属复合增韧：添加的延性金属可显著提高陶瓷基体韧性。相变增韧：如添加四方稳定的氧化锆，通过氧化锆的相变实现增韧。