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624复习课
一、填空:
1、复合材料的性能取决于组分材料的种类、性能、含量和分布。
复合材料的性能还取决于复合材料的制造工艺条件、复合方法、零件几何形状和使用环境条件。
2、根据制备方法的不同,水性环氧树脂的制备方法主要有机械法、相反转法、固化剂乳化法和化学改性法。
3、陶瓷基复合材料的成型加工技术有:
泥浆烧铸法、热压烧结法、浸渍法。
4、聚合物基复合材料成型工艺有:
手糊成型工艺、喷射成型工艺、模压成型工艺、层压成型工艺、缠绕成型工艺、.挤出成型工艺、注射成型工艺、.树脂传递模塑、反应注射模塑和增强型反应注射模塑。
5、纤维增强陶瓷基复合材料的性能取决于多种因素,如基体、(纤维及二者之间的结合等。
从基体方面看,与气孔的尺寸及数量,裂纹的大小以及一些其它缺陷有关;从纤维方面来看,则与纤维中的杂质、纤维的氧化程度、损伤及其他固有缺陷有关;
6、复合材料仿生方法从仿生尺度上分为宏观、和微观仿生,从仿生对象上分为界面仿生和增强相形貌仿生,从研究手段上分为结构机理仿生、分子化学仿生和矿化工艺仿生。
7、晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的制备工艺比长纤维复合材料简便得多,只需将晶须或颗粒分散后并与基体粉末混合均匀,再用热压烧结的方法即可制得高性能的复台材料。
8、与陶瓷材料相似,晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的制造工艺也可大致分为以下几个步骤:
配料→成型→烧结→精加工。
9、陶瓷基复合材料中,提高强度不是其目的,最主要的是提高其韧性。
10、陶瓷材料具有熔点高、硬度大、化学稳定性好、耐高温、耐磨损、耐氧化和腐蚀、比重小、强度和模量高等优点,可在各种苛刻的环境下工作;另一方面,陶瓷材料的致命弱点:
是脆性大、韧性差,常因存在裂纹、空隙、杂质等缺陷而引起不可预测的灾难性后果。
11、纤维增强水泥基复合材料的抗拉;抗弯;抗裂;抗疲劳;抗震及抗冲击能力得以显著改善。
12、下面玻璃纤维用什么符号表示?
⑴高碱玻璃纤维(钠玻璃),最常用,化学性能稳定。
A玻璃纤维
⑵硼硅酸钠玻璃纤维,抗化学作用。
C玻璃纤维
⑶低介电性玻璃纤维,用于雷达工业。
D玻璃纤维
⑷无碱玻璃纤维,电绝缘性能好。
E玻璃纤维
⑸高强度玻璃纤维。
S玻璃纤维
⑹粗纤维。
R玻璃纤维
⑺高模量玻璃纤维。
M玻璃纤维
13、材料复合新技术是
原位复合技术;
自蔓延高温合成技术;
梯度复合技术;
金属直接氧化技术;
分子自组装技术;
14、复合材料应满足下面三个条件:
组元含量大于5%;
复合材料的性能显著不同于各组元的性能;
通过各种方法混合而成。
15、中碱玻璃纤维它是指碱金属氧化物含量在11.5%~12.5%之间的玻璃纤维。
16、玻璃纤维的化学组成对玻璃纤维的性质和生产工艺起决定性作用。
17、在陶瓷材料中,加入第二相纤维制成复合材料是改善陶瓷材料韧性的重要手段。
18、晶须增韧陶瓷基复合材料的性能与基体和晶须的选择,晶须的含量及分布等因素有关。
19、为获得最佳的界面结合强度,我们常常希望完全避免界面间的化学反应或尽量降低界面间的化学反应程度和范围。
20、晶须增强陶瓷基复合材料的强韧化机理与纤维增强陶瓷基复合材料大致相同,主要是靠晶须的拔出桥连与裂纹转向机制对强度和韧性的提高产生作用。
21、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,往增强材料表面上沉积一层薄的涂层。
22、陶瓷基复合材料精加工,精加工的目的是为了提高烧成品的尺寸精度和表面平滑性,前者主要用金刚石砂轮进行磨削加工,后者则用磨料进行研磨加工。
23、在生产规模下可能重复再现的陶瓷材料,常常在原材料波动和工艺装备有所变化的条件下难于实现。
这是陶瓷制备中的关键问题之一。
24、短纤维增强水泥复合材料的制造工艺有:
喷射法、预混法、缠绕工艺、手糊工艺。
25、玻璃纤维的化学组成主要是(23)二氧化硅、(24)三氧化二硼、(25)氧化钙、(26)三氧化二铝等。
26、复合材料废弃物回收流程
复合材料废弃物
(27)切碎
(1)造粒
(1)造粒和研磨
(30)能量回收
(28)化学回收
(29)物理回收
复合材料废弃物回收流程
二、名词解释
1、酯化当量:
酯化当量是指酯化1mol单羧酸(60g醋酸或280gC18脂肪酸)所需环氧树脂的质量克数。
环氧树脂中的羟基和环氧基都能与羧酸进行酯化反应。
酯化当量可表示树脂中羟基和环氧基的总含量。
2、金属基复合材料:
金属基复合材料是以金属或合金为基体,以高性能的第二相为增强体的复合材料。
3、硼纤维:
硼纤维是一种将硼通过高温化学气相沉积在钨丝或碳芯表面制成的高性能无机增强纤维。
4、碳纤维
碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳。
含碳量95%左右的称为碳纤维;含碳量99%左右的称为石墨纤维。
5、增强体:
增强体是复合材料中能提高基体材料力学性能的组元物质,是复合材料的重要组成部分,它可以起着提高基体的强度、韧性、模量、耐热、耐磨等性能的作用。
6、原位复合法
原位复合法,利用化学反应生成增强组元—晶须或高长径比晶体来增强陶瓷基体的工艺称为原位复合法。
其关键是在陶瓷基体中均匀加入可生成晶须的元素或化合物,控制其生长条件使在基体致密化过程中在原位同时生长出晶须;或控制烧结工艺,在陶瓷液相烧结时生长高长径比的晶相,最终形成陶瓷基复合材料。
7、时效处理
指通过过饱和度固溶体的分解,析出介稳定的第二相(过渡相)并弥散分布。
通过时效铝合金的强度和硬度明显提高。
8、晶须
晶须是指具有一定长径比和截面积小于5210-5cm2的单晶纤维材料。
9、金属间化合物
是指所有两种或两种以上金属组成的化合物(有序的或无序的)。
10、聚合物先驱体热解法
聚合物先驱体热解法,以高分子聚合物为先驱体成型后使高分子先驱体发生热解反应转化为无机物质,然后再经高温烧结制备成陶瓷基复合材料。
此方法可精确控制产品的化学组成、纯度以及形状。
最常用的高聚物是有机硅(聚碳硅烷、酚醛树酯、沥青等)。
11、
(1)环氧当量(或环氧值):
环氧当量(或环氧值)是环氧树脂最重要的特性指标,表征树脂分子中环氧基的含量。
环氧当量是指含有1mol环氧基的环氧树脂的质量克数,以EEW表示。
而环氧值是指100g环氧树脂中环氧基的摩尔数。
12、原丝:
从卷筒上取得的玻璃纤维叫原丝。
13、捻度:
捻度是指单位长度内纤维与纤维之间所加的转数,以捻/m为单位。
有Z捻
和S捻,Z捻称为左捻,顺时针方向加捻;S捻称为右捻,是逆时针方向加捻
14、预浸料:
是将树脂体系浸涂到纤维或纤维织物上,通过一定的处理过程后储存备用
的半成品。
15、聚合物基复合材料:
凡是以聚合物为基体的复合材料统称为聚合物基复合材料。
16、烧结:
烧结是指陶瓷坯料在表面能减少的推动力下通过扩散、晶粒长大、气孔和晶
界逐渐减少而密化的过程。
17、化学气相沉积法(CVD)
化学气相沉积法(CVD)是以气态物质为原料,在高温下发生热分解或化学反应
合成材料的一种方法。
18、纤维支数:
纤维支数=纤维长度/纤维质量。
是用1g原纱的长度来表示。
19、复合材料:
复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一
种多相固体材料。
20、纤维的老化:
纤维的老化就是当纤维存放一段时间后,会出现强度下降的现象,称为纤维的老化。
三、问答
1、复合材料中的一些疑难问题是什么?
(1)连续纤维的脆性和界面设计的困难
(2)纤维易由基体拔出导致增强失效
(3)晶须的长径比不易选择
(4)寻求陶瓷基复合材料增韧方法时遇到困难
(5)寻找复合材料损伤性能的恢复方法和内部裂纹的愈合方法
2、环氧树脂及其固化物的性能特点是什么?
答:
(1)力学性能高。
环氧树脂具有很强的内聚力,分子结构致密,所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。
(2)附着力强。
环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团,赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材等极性基材以优良的附着力。
(3)固化收缩率小。
一般为1%~2%。
是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8%~10%;不饱和聚酯树脂为4%~6%;有机硅树脂为4%~8%)。
线胀系数也很小,一般为6×10-5/℃。
所以固化后体积变化不大。
(3)工艺性好。
环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物,所以可低压成型或接触压成型。
能与各种固化剂配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。
(5)优良的电绝缘性优良。
环氧树脂是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。
(6)稳定性好,抗化学药品性优良。
不合碱、盐等杂质的环氧树脂不易变质。
只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温),其贮存期为1年。
超期后若检验合格仍可使用。
环氧固化物具有优良的化学稳定性。
其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。
因此环氧树脂大量用作防腐蚀底漆,又因环氧树脂固化物呈三维网状结构,又能耐油类等的浸渍,大量应用于油槽、油轮、飞机的整体油箱内壁衬里等。
(7)环氧固化物的耐热性一般为80~100℃。
环氧树脂的耐热品种可达200℃或更高。
3、纤维增强复合材料的原则是什么?
(1)纤维的强度和模量都要高于基体,即纤维应具有高模量和高强度,因为除个别情况外,在多数情况下承载主要是靠增强纤维。
(2)纤维与基体之间要有一定的粘结作用,两者之间结合要保证所受的力通过界面传递给
纤维。
(3)纤维与基体的热膨胀系数不能相差过大,否则在热胀冷缩过程中会自动削弱它们之间
的结合强度。
(4)纤维与基体之间不能发生有害的化学反应,特别是不发生强烈的反应,否则将引起纤
维性能降低而失去强化作用。
(5)纤维所占的体积、纤维的尺寸和分布必须适宜。
一般而言,基体中纤维的体积含量越高,其增强效果越显著;
纤维直径越细,则缺陷越小,纤维强度也越高;
连续纤维的增强作用大大高于短纤维,不连续短纤维的长度必须大于一定的长度(一般是长径比>5)才能显示出明显的增强效果。
4、画出Al2O3纤维生产流程图
5、复合材料是由多相材料复合而成,它们的共同的特点是什么:
(1)综合发挥各种组成材料的优点,使一种材料具有多种性能,具有天然材料所没有的性能。
例如,玻璃纤维增强环氧基复合材料,既具有类似钢材的强度,又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。
(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。
如,针对方向性材料强度的设计,针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。
(3)可制成所需的任意形状的产品,可避免多次加工工序。
例如,可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。
6、酚醛树脂胶黏剂的特点
优点:
(1)优异的胶接强度;
(2)较好的耐热、耐老化性;
(3)能耐水、耐化学介质和耐霉菌,特别是耐沸水性能;
(4)尺寸稳定性好;
(5)电绝缘性能优良。
缺点:
(1)脆性大;
(2)固化时间较长,固化温度高。
7、画出连续增强相金属基复合材料纤维与金属基体匹配关系
碳纤维铝合金——固态、液态法
镁合金——固态、液态法
硼纤维
钛合金——固态法
SiC纤维
高温合金——固态法
氧化铝纤维
金属间化合物——固态法
8、聚合物基复合材料手糊成型工艺优缺点是什么?
优点
(1)不受尺寸、形状的限制,适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产;
(2)设备简单、投资少、设备折旧费低,成本低;
(3)工艺简单;
(4)可在任意部位增补增强材料,易满足产品设计要求;
(5)产品树脂含量高,耐腐蚀性能好。
缺点
(1)生产效率低,劳动强度大,劳动卫生条件差;
(2)产品质量不易控制,性能稳定性差;
(3)产品力学性能较低。
9、颗粒增强复合材料的原则是什么?
(1)颗粒应高度弥散均匀地分散在基体中,使其阻碍导致塑性变形的位错运动(金属、陶瓷基体)或分子链的运动(聚合物基体)。
(2)颗粒直径的大小要合适。
因为颗粒直径过大,会引起应力集中或本身破碎,从而导致材料强度降低;
颗粒直径太小,则起不到大的强化作用。
因此,一般粒径为几微米到几十微米。
(3)颗粒的数量一般大于20%。
数量太少,达不到最佳的强化效果。
(4)颗粒与基体之间应有一定的粘结作用。
10、画出用有机硅聚物纺丝法—Nicalon生产碳化硅纤维工艺流程图。
11、聚合物基复合材料模压成型特点是什么?
模压成型的优点
(1)生产效率高,易实现专业化、自动化生产;
(2)产品尺寸精度高,重复性好;
(3)表面光洁,无需二次修饰;
(4)能一次成型结构复杂的制品;
(5)批量生产,价格低。
模压成型的缺点
(1)设备投资大;
(2)模具质量要求高,费用大;
(3)不适合小批量生产;
(4)生产大尺寸产品困难;
(5)制品强度和刚度小。
12、画出树脂传递模塑成型工艺流程图。
13、简述增强材料的表面改性(涂层)处理可起什么作用。
(1)改善增强剂的力学性能,保护增强剂的外来物理和化学损伤(保护层);
(2)改善增强剂与基体的润湿性和粘着性(润湿层);
(3)防止增强剂与基体之间的扩散、渗透和反应(阻挡层);
(4)减缓增强剂与基体之间因弹性模量、热膨胀系数等的不同以及热应力集中等因素所造成的物理相容性差的现象(过渡层、匹配层);
(5)促进增强剂与基体的(化学)结合(牺牲层)。
14、制备复合材料中遇见哪些疑难问题?
(1)、连续纤维的脆性和界面设计的困难;
(2)、纤维易由基体拔出导致增强失效;
(3)、晶须的长径比不易选择;
(4)、寻求陶瓷基复合材料增韧方法时遇到困难;
(5)、寻找复合材料损伤性能的恢复方法和内部裂纹的愈合方法。
15、聚合物乳液做水泥材料改性剂时,聚合物胶乳有哪几个方面的特性?
(1)作为减水塑化剂,在保持砂浆和易性良好,收缩较小的情况下,可以降低水灰比;
(2)可以提高砂浆与混凝土的粘结能力;
(3)提高修补砂浆对水、二氧化碳和油类物质的抗渗能力,而且还能增强对—些化学物质侵
蚀的抵抗能力;
(4)在一定程度上,可以用作养护剂;
(5)增加砂浆的抗弯、抗拉强度。
单体的类型、所用的乳化剂和保护胶体使得聚合物分散体具有不同的特性。
16、复合材料的特点有哪些?
(1)由两种或多种不同性能的组分通过宏观或微观复合在一起的新型材料,组分之间存在着明显的界面。
(2)各组分保持各自固有特性的同时可最大限度地发挥各种组分的优点,赋予单一材料所不具备的优良特殊性能。
(3)复合材料具有可设计性。
17、聚合物基复合材料喷射成型特点是什么?
喷射成型的优点
(1)用纤维粗纱代替织物,可降低材料成本;
(2)生产效率比手糊高出2~4倍;
(3)产品整体性好,无接缝,层间剪切强度高,树脂含量高,抗腐蚀、耐渗透性好;
(4)产品尺寸和形状不受限制。
喷射成型的缺点
(1)树脂含量高,制品强度低;
(2)产品只能做到单面光;
(3)污染环境,有害工人健康。
18、在玻璃纤维增强水泥基复合材料中,为改善水泥水化物对玻璃纤维的腐蚀,一般采取哪些措施?
(1)降低水泥碱度
在搅拌水泥砂浆时可掺入降低碱性的掺合料或外加剂,例如在硅酸盐水泥中掺入40%
左右的粉煤灰,以降低水泥水化过程中析出的碱性物质对玻璃纤维的腐蚀。
(2)提高玻璃纤维抗碱性能
采用化工工艺方法对玻璃纤维进行被覆处理,在其表面涂覆环氧树脂、呋喃树脂及其它无机盐等耐碱物质,使之在玻璃纤维表面形成一层保护膜,以抵挡侵蚀。
(3)玻纤的被覆处理。
用抗碱性好的树脂对普通玻纤进行被覆处理以防止波特兰水泥的水化物的侵蚀。
国外
主要使用E-玻纤,国内则使用A-玻纤。
经被覆后的玻纤纱对水泥液的耐蚀性不亚于
含锆的抗碱玻纤纱。
若在普通的硅酸盐水泥中掺加适量的粉煤灰,有助于提高此种被
覆玻纤筋在80℃水泥滤液中的强力保留率。
19、聚合物纳米复合材料特别的优点有哪些?
(1)明显提高体系的各种物性如热变形温度、结晶速度、力学性能、功能性能等;
(2)资源节约型的复合就地采用主原料(有机聚合物或者无机物,如黏土等),不需要使用新型物质,是资源节约型的复合;
(3)不改变原有的工艺路线纳米复合并不改变原有的聚合物工艺路线。
这一特征使得一旦纳米复合获得突破,将率先获得工业化生产。
也就是说,聚合物纳米复合材料使用原
有的材料,通过调节复合物中的分散状态就可提供划时代的性能。
20、简述晶须与颗粒增韧陶瓷基复合材料的制备方法。
晶须与颗粒的尺寸均很小,只是几何形状上有些区别,用它们进行增韧的陶瓷基复合材料的制造工艺是基本相同的。
这种复合材料的制备工艺比长纤维复合材料简便得多,只需将晶须或颗粒分散后并与基体粉末混合均匀,再用热压烧结的方法即可制得高性能的复台材料。
22、纤维增强水泥基复合材料的主要性能特点是什么?
(1)力学性能比普通混凝土明显改善。
(2)新拌混凝土的塌落度值比未掺纤维时较底。
(3)混凝土抗渗性有明显改善。
(4)搅拌工艺不当时易产生纤维结团现象
(5)运输和浇注中有时会出现分层。
23、复合材料是怎么分类的?
按基体材料分类:
聚合物基复合材料,其中包括热固性树脂基复合材料、热塑性树脂基
复合材料和橡胶基复合材料。
金属基基复合材料,其中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。
无机非金属基复合材料:
其中包括陶瓷基复合材料、碳基复合材料及
水泥基复合材料。
按不同增强体形式分类:
a.纤维增强复合材料:
其中包括连续纤维复合材料和不连续纤维复合材料。
b.颗粒增强复合材料:
其中包括微米颗粒增强和钠米颗粒增强复合材料。
c.片材增强复合材料:
其中包括人工晶片和天然片状增强复合材料。
d.叠层复合材料。
24、陶瓷基复合材料的性能特征是什么?
(1)用陶瓷颗粒弥散强化陶瓷基复合材料的抗弯强度和断裂韧性都有些提高。
(2)加入数量较多的高性能的连续纤维,除了韧性显著提高外,其强度和模量均有不同程
度的增加。
(3)纤维/陶瓷基复合材料与陶瓷材料相比具有较好的韧性和力学性能,保持了基体原有
的优异性能:
比高温合金密度底,是比较理想的高温结构材料。
(4)基体中的气孔能改变复合材料的破坏模式,气孔率越大,韧性越差。
25、金属基复合材料的制造工艺有那些?
制造工艺有:
(1)粉末冶金法。
(2)热压法。
(3)热等静压法。
(4)挤压铸造法。
(5)共喷沉积法。
(6)液态金属浸渗法。
(7)液态金属搅拌法。
(8)反应自生法等。
26、请叙述玻璃纤维的品种和性能。
(1)无捻粗纱布:
它具有浸胶容易、铺覆性好、较厚实、强度高、气泡容易排除、施工
方便,价格便宜等特点。
(2)平纹布:
平纹布编织紧密、交织点多、强度较底、表面平整、气泡不容易排除。
(3)斜纹布:
斜纹布较致密、柔性好、铺覆性较好、强度较大。
(4)缎纹布:
缎纹布质地柔软、铺覆性好、强度较大、与模具接触性好,适用于形面复
杂的手糊玻璃钢制品
(5)单向布:
其特点是经纱方向强度较高,适用于定向强度要求高的制品。
(6)无纺布:
具有强度高、刚性好、工艺简单等优点。
(7)高模量织物:
其特点是强度较大,铺覆性能好,纱线可以歪扭。
(8)短切纤维毡:
铺覆性能好、各向异性、价格便宜、强度较底、树脂用量大,适用于
手糊和喷射成型玻璃钢。
(9)连续纤维毡:
铺覆性能好、强度大、质量均匀、树脂用量大,价格比短切纤维毡贵
10%左右。
适用于手糊和喷射成型玻璃钢。
(10)表面毡:
表面毡铺覆性能好、强度底、价格较便宜、主要用于玻璃钢制品的表面,
使制品表面光滑,树脂含量高,耐老化性能好,
27、请叙述碳纤维制造方法。
制造方法分为两类:
气相法和有机纤维碳化法。
(1)气相法是在惰性气氛中小分子有机物(如烃或芳烃等)在高温沉积而成纤维。
用该法只能制取短纤维和晶须,不能制造连续纤维。
(2)有机纤维碳化法是先将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维,然后再在惰性气氛中,在高温下进行煅烧碳化,使有机纤维失去部分碳和其他非碳原子,形成以碳为主要成分的纤维。
用此方法可制造连续长纤维。
天然纤维、再生纤维和合成纤维均可用来制造碳纤维。
四、叙述题
1、叙述在陶瓷基复合材料中纤维、晶须增韧机理
(1)裂纹偏转
由于纤维周围的应力场,基体中的裂纹一般难以穿过纤维,相对而言它更易绕过纤维并尽
量贴近纤维表面扩展,即裂纹偏转。
裂纹偏转可绕着增强体倾斜发生偏转或扭转偏转。
偏
转后裂纹受的拉应力往往低于偏转前的裂纹,而且裂纹的扩展路径增长,裂纹扩展中需消
耗更多的能量因而起到增韧作用。
(2)脱粘(Debonding)
复合材料在纤维脱粘后产生了新的表面,因此需要能量。
尽管单位面积的表面能很小,
但所有脱粘纤维总的表面能则很大。
(3)纤维拔出(Pull–out)
纤维拔出是指靠近裂纹尖端的纤维在外应力作用下沿着它和基体的界面滑出的现象。
纤维首先脱粘才能拔出。
纤维拔出会使裂纹尖端应力松弛,从而减缓了裂纹的扩展。
纤维拔出
需外力做功,因此起到增韧作用。
纤维拔出能总大于纤维脱粘能,纤维拔出的增韧效果要比纤维脱粘更强。
因此,纤维拔出是更重要的增韧机理。
(4)纤维桥接(FiberBridge)
对于特定位向和分布的纤维,裂纹很难偏转,只能沿着原来的扩展方向继续扩展。
这时紧靠裂纹尖端处的纤维并未断裂,而是在裂纹两岸搭起小桥,使两岸连在一起。
这会在裂纹
表面产生一个压应力,以抵消外加应力的作用,从而使裂纹难以进一步扩展,起到增韧作
用。
另外:
桥接机制适用于可阻止裂纹尖端、裂纹表面相对运动的任何显微结构特征(颗
粒、晶须等)。
2、请叙述复合材料的界面的作用,金属基体改性目的,增强剂的表面改性处理作用。
(1)陶瓷基复合材料的界面作用,一方面应强到足以传递轴向载荷并具有高的横向强度;另一方面要弱到足以沿界面发生横向裂纹及裂纹偏转直到纤维的拔出。
(2)金属基体改性是在金属基体中添加某些微量合金元素以改善增强剂与基体的润湿性或有效控制界面反应。
金属基体改性目的是:
A控制界面反应。
B增加基体合金的流动性,降低复合材料的制备温度和时间。
C改善增强剂与基体的润湿性。
(3)增强材料的表面改性处理可起到以下作用:
A改善增强剂的力学性能,保护增强剂的外来物理和化学损伤(保护层);
B改善增强剂与基体的润湿性和粘着性(润湿层);
C防止增强剂与基体之间的扩散、渗透和反应(阻挡层)
D减缓增强剂与基体之间因弹性模量、热膨胀系数等的不同以及热应力集中等因素所造成的
物理相容性差的现象(过渡层、匹配层);
E促进增强剂与基体的(化学)结合(牺牲层)。
3、论述为什么复合材料界面黏结强度不是越大越好?
(1)强的界面粘结往往导致脆性破坏,裂纹可以在复合材料的任一部位形成,并迅速扩展至复合材料的横截面,导致平面断裂。
平面断裂主要是由于纤维的弹性模量不是大大高于基体,因此在断裂过程中,强的界面结合不产生额外的能量消耗。
(2)若界面结合较弱,当基体中的裂纹扩展至纤维时,将导致界面脱粘,其后裂纹发生偏转
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