复合材料复习题

1、1.常见的材料强化途径都有哪些？请分别进行简要的论述答：金属材料的基本强化途径：1）单晶强化：获得无位错和其它缺陷的单晶结构，达到理论强度，如晶须；2）适当的引入缺陷以阻碍材料内部位错的运动，达到强化的效果。具体的措施如1形变强化（加工硬化）：通过增加位错密度，使位错之间的交互作用加剧，位错运动阻力增大，使金属的强度、硬度增加。2固溶强化：异类原子加入纯金属基体中构成固溶体后，1增加位错运动的摩擦阻力外，在“稀”的固溶体中突出地表现在对位错的钉扎作用上。2弹性模量：弹性常数的变化使位错应力场也发生变化，从而会引起位错和溶质原子间更大的交互作用能；3电子浓度因素：溶质原子与带电荷的位错区域之间就

2、有电交互作用4结构因素：有序区域或偏聚区域将遭到破坏，稳定状态破坏的塑性变形是要付出更多的能量作 为代价。3分散强化（包括沉淀强化和弥散强化）：由于第二相分散质点造成的强化过程，分为沉淀强化和弥散强化。合金组织中如果含有一定数量的分散的异相粒子，它的强度往往会有很大的提高；（依靠时效：分散相与基体是共格的。共格析出相原子面与基 体原子面是连续过渡的，基体晶格在很大区域中发生畸变。当位错移动时，即使经过共格析出相的附近区域，也会大大受阻。从而产生强化。最后产生平衡相，仍有 强化效果。）沉淀强化的第二相通常是亚稳态物质，多与基体相呈共格关系，在适 当的温度下其强化效果要高于弥散强化， 但升高温度其

3、第二相会发生溶解，从而失去强化效果。弥散强化的第二相物质一般是难溶且稳定的化合物（通常为氧化物、 氮化物、碳化物或金属间化合物），在弥散强化合金中，弥散相和基体并没有共格 关系，两相相互溶解的能力也很差，借助于弥散强化达到高强度的材料往往是热稳定的，在热强材料的研究中这是一个很值得推荐的手段。4晶界强化（细晶强化）：由于晶界两边的晶粒取向不同，滑移一般难以从一个晶粒直接传播到取向有差异的另一个晶粒上。但多晶体变形必须满足连续性条件（以保持各晶粒之间微观的连续性），为了使邻近的晶粒也发生滑移，就必须外加以更大的力，因此，晶界就是滑移的障碍。再加上由于晶界附近为两晶粒晶格位向的过渡之处， 原子排列

4、紊乱，且晶界处的杂质原子较多，增大了晶格畸变，因而位错在晶界附近1的滑移阻力大，故难以发生变形。霍尔一培奇（HallPetch）公式：s i kyd（由公式可知，多晶体的强度高于单晶体；晶粒愈细，强度愈高）5相变强化：相变强化主要是指马氏体强化与贝氏体强化。3）非晶态金属（金属玻璃）：把金属以极限速度冷却，获得非晶态的微观结构2.碳钢的常用热处理工艺有哪些？主要操作方法及目的？答：四把火：退火、正火、淬火、回火退火：把钢加热到相变温度Ac1以上或以下，保温以后缓慢冷却(一般随炉冷却)以获 得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。目的：1均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒；2调整硬度，消除内应力及加工

5、硬 化，改善钢的成形和切削加工性能；3为淬火做好组织准备。正火：将钢件或钢材加热到临界温度以上，保温后空冷的热处理工艺。(索氏体) 目的：1改善碳钢的可加工性能；2作为最终热处理，提高工件的力学性能；3消 除热加工缺陷(正火与退火的主要区别： 冷却速度不同， 正火冷却速度较大， 得到的珠光体组织很 细，因而强度和硬度也较高。正火不但力学性能高，而且操作简便，生产周期短，能 耗少，故在可能的条件下，应优先考虑正火处理，)淬火：将亚共析钢加热到 AC3以上，共析钢与过共析钢加热到Ac1以上(低于Accm)的 温度，保温以后以大于临界冷却速度Vk的速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体 的热处理工艺。目

6、的：获得马氏体，提高钢的力学性能。回火：将淬火后的钢重新加热到Ac1以下的某一温度，保温一段时间后再冷却至室温的 一种热处理工艺，一般紧接淬火。目的：1减少或消除工件淬火时产生的内应力 以防止工件开裂和变形；2减少或 消除残余奥氏体， 以稳定工件的尺寸；3调整工件的内部组织和性能， 以满足 工件的使用要求。3.不锈钢是如何提高其防腐蚀性的？根据不同组织的形式，不锈钢可分为哪些类型？简述其主要组织特征和性能特点。答：提高金属耐蚀性的途径(1)减少原电池形成的可能性，使金属材料具有均匀的单相组织，(2)提高金属材料的电极电位。(3)减小甚至阻断腐蚀电流，使金属钝化。即在表面形成致密的、稳定的保护膜

7、，将 介质与金属材料隔离。不锈钢的分类： (1)马氏体不锈钢：铬的质量分数大于12%，在氧化性介质中耐蚀。在非氧化性介 质中不能达到良好的钝化，耐蚀性低。(2)铁素体型不锈钢： 铬质量分数为17%30%，碳质量分数低于0.15%，为单相铁素体组织。性能特点：1耐蚀性比Cr13型钢更好。2退火或正火状态下使 用。3强度较低、塑性很好，可用形变强化提高强度。(3)奥氏体型不锈钢： 碳含量很低， 耐蚀性很好。钢中常加入Ti或Nb，以防止晶间腐蚀。性能特点;1强度、硬度低，无磁性,塑性、韧性和耐蚀性均较Cr13型不锈钢更好。2形变强化提高强度， 形变强化能力比铁素体型不锈钢要强。3采用固溶处理进一步提

8、高耐蚀性。(4)奥氏体和铁素体双相不锈钢 在奥氏体型不锈钢的基础上，提高铬含量或加入命屈材n的强灯忖命和直官缺陷的密度其它铁素体形成元素。性能特点：其晶间腐蚀和应力腐蚀破坏倾向较小，强度、韧性和焊接性能较好。节约Ni，得到广泛应用。4.变形铝合金与铸造铝合金的主要区别？简述铝合金的强化热处理方法及其机理答：铸造铝合金为成分高于D的合金，由于冷却时有共晶反应发生，流动性较好，适于铸造生产，称为铸造 铝合金。金。两者的主要区别在于变形铝合金是铸锭经过冷热压力 加工后形成的各种型材，具备优良的冷加工工艺性能，组织中没有过多的脆性第二相，合金元素的含量一般少于5%。铝合金强化热处理的方法及机理：（1）

9、固溶处理铝合金加热时由a固溶体加第二相（金属间化合物）为过饱和的a固溶体， 但不发生同素异构转变， 晶体结构也不发生转变，火处理成为固溶处理。由于硬脆的第二相消失，塑性有所提高，但效果有限，强度硬度提 高不明显，而塑性有明显提高。（2）时效处理淬火后的过饱和固溶体，加热到一定温度（低于固溶温度）和保温时，强度、硬度显著提高，而塑性明显降低，这种处理称为时效处理。铝合金经固溶处理，获得过饱和固溶体，在室温放置或低温加热保温时，第二相从过饱和固溶体中缓慢析出，过饱和固溶体浓度降低，固溶强化减弱， 又引起合金软化，在加上析出过程中应力、应变及回复再结晶等因素 的影响，使时效过程中合金性能的变化相当复

10、杂。例如，时效析出过程中形成的GP（GP区，溶质原子富集区，此时强度高，与基体共格形式形式存在，随着第二相的析出，共格 变为半共格，强度减弱），强化效果显著。5.简述钛的合金化元素对其组织的影响以及相应钛合金的热处理特占八、答：合金元素溶入a-Ti中 形成a固溶体，溶入B-Ti中形成B固溶体。a稳定化元素铝、碳、 氮、氧、硼等使同 素异构转变温度升高。B稳定化元素铁、钼、镁、铬、锰、钒等使同素异构转变变形铝合金指成分低于D的合金，加热时能形成单相固溶体组织，塑性较好，适于变形加工，称为变形铝合转变为单相的a固溶体， 淬火时转变所以铝合金的淬温度下降。1.a钛合金 钛中加入铝、硼等a稳定化元素。

11、室温强度低于B钛合金和（a+3）钛合金，但高温（500C600C）强度比它们的高，组织稳定，抗氧化性和抗蠕变性好，焊接性能也很好。不能淬火强化，主要依靠固溶强化。2.B钛合金钛中加入钼、铬、钒等B稳定化元素。B钛合金有较高的强度、优良的冲压性能，可通过淬火和时效进行强化。在时效状态下，合金的组织为B相和弥散分布的细小a相粒子。3.（a+B ）钛合金钛中加入B稳定化元素、大多数还加入a稳定化元素，得到（a+B）钛合金。 塑性很好，容易锻造、压延和冲压， 并可通过淬火和时效进行强化。热处理后强度 可提高50%100%。a+B）钛合金强度高，塑性好，在400C时组织稳定，蠕变强度较高，低温时有良好的

12、韧性，并有良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀的能力。6.镍基高温合金的主要热处理措施及其目的？镍基高温合金的主要热处理措施及其目的：固溶处理 目的：1将强化相和碳化相尽量溶于基体中，以得到单相组织，给以后的时效析出均匀细小的强化相做准备；2获得均匀的合适晶粒尺寸中间处理目的：1使高温合金晶界析出一定量的各种碳化物和硼化物相，提高晶界强度；2是晶界及境内析出较大颗粒的丫相，使晶界和晶内强度得到协调匹配， 提高合金持久和蠕变寿命及持久伸长率，改善合金长期组织稳定性。时效处理 目的：在合金基体中析出一定数量和大小的强化相，达到合金最大的强化效果。 （决定作用）退火热处理 应力消除处理 目的：消除残

13、余应力 降低强度，提高韧性再结晶退火 目的：控制晶粒度和最大程度软化降低强度，提高韧性7.陶瓷的主要制备工艺过程？影响陶瓷烧成的主要因素？答：1选择合适的陶瓷原料2陶瓷原料的加工陶瓷原料的加工就是将原料先煅烧，然后粉碎，从粉碎效率上来看，一般是先经过粗 碎，再中碎，最后细碎。将所粉碎的粉料和水混合和捏练，就可以得到所需要的坯泥。3陶瓷胚体成型（1）注浆体成型法这种成型方法是将坯料泥浆注入石膏模内，石膏将水中所悬浮的粘土与水一起吸引到模的表面，水被石膏吸收后就形成与模型一样形状的坯料。（2）可塑性成型法可塑性成型就是采用具有捏练状态的湿坯泥成型的方法。其成型方法有：挤出成型，热压成型，湿式及半湿

14、式成型等。（3）加压成型法将粒料和粉料加压变形而固结成型，包括粉压法和干压法。（5）等静压成型法等静压成型法与干压成型法相似，它是在模行各个面都施加均匀的压力。它的主要特点是模具具有弹性，运用模具可以均匀的传递压力的特点对其施压。4陶瓷的烧制烧结机理：颗粒在接触点处的离子因热的振动而扩散，颗粒接触点愈多（亦即颗粒微细），填充愈致密时，反应愈快。影响烧成的因素1化学组成与矿物成分。2粒度分布。粒度越细，烧结效果越好。3填充密度及体积密度。4烧成温度与时间，温度越高，时间越短，但不成比例变化。5冷却速度。冷却速度影响产品的质量，如变形、开裂等6烧成中的气氛，指气体的性质（氧化、还原、中性），如含氧

15、化铁的坯体，适宜于 在还原性气氛中烧结。8.简述氧化锆陶瓷的相变增韧机理及其应用。埔的在献压下扶右三种晶堕:从低温到髙温依次为单斜相（monoclinic）、四好相（怯 刖nnl）和立方柑（cubicZrO3从岛温冷却到生温嘤经历。魚皿的罔质异构转变，啟中，由t诃的祁变过理噱产空目堺的体积膨胀，加热至！170范时吓“转变为皿心、这种转世 过程则发隹怵积收嵋，这种t相和m相之间前相亚称为ZrO?的吗氏体相变*马氏徉相变时发生 的体积变化使丑的增嫂果得“实现氧化轄胎型转变如下成所示：inor23?or E rm-ZrOj =啲 f-_b-c-ZrOi一般悄况下在陶瓷材料中.发生相变会引起内应力，因

16、丽学数材制的开裂:因此+茯阳覺工力中f r：往将相变视为仁利PJ索J就避他 但在V些情况厂利用 ft2 浇擬高陶瓷材料的間片和强度ZKJ.相变堆创陶瓷是通过02方栩转变成单斜相马真休柑变来实现的，马氏体相变是级 相变，仅在固蕊相变中发生B其氓（1）相变前后投有成分蚯化，即棺变前后原-F低配位数车变，原子位移 鞭不趙过一原子耐 &,因此这种相变具冇无热Jt扩肢、相变激話能小、相娈速度快的特民栩蚩反近似于该固林中声 波传播速度进行比顒垃扩展逵糜大因而为吸收断裂能利材料增刼提供了必愛条件。（2）和变件翻竹休积变化织（3）相变具有可逆性，并受到体积变化与切庇变所产十的施变能的影响 因即相变发生

17、于一个温度区间而不是在一个特定的温度点上。氧化锆的增韧机制包括；应力诱导增韧、相变诱发微裂纹增韧、表面诱发强韧化和微裂 纹分叉增韧。在实际材料中究竟何种增韧机制起主导作用取决于四方相和单斜相马氏体相变 的程度高低及相变在材料中发生的部位。1相变增韧 当部分稳定的ZrO2存在于陶瓷基体时，即存在m-ZrO2和t-ZrO2的可逆相变特征，晶体结构的转变伴随体积膨胀，相当于在裂纹表面施加一个闭合力，阻止 裂纹扩展。2微裂纹增韧部分稳定的ZrO2发生相变时，相变的出现了体积膨胀而导致产生了微裂纹，能起到分散主裂纹尖端能量的作用，从而提高断裂能。类型：1）部分稳定氧化锆（PSZ）加入不同量的稳定剂可获得

18、相组成不同的氧化锆陶瓷，若使部分t-ZrO2亚稳至室温，就获得部分稳定氧化锆。以MgO为稳定剂的Mg-PSZ陶瓷具有优良的力学性能，生产成本低，是一种应用最广泛的 部分稳定氧化锆陶瓷。2）四方氧化锆（TZP）若使t-ZrO2全部亚稳至室温，就获得仅含四方氧化锆的多晶体。力学性能优良，同时具有优良的高温电导性能，是一种很有发展前途的快离子导体。3）全部稳定氧化锆（FSZ）若使c-ZrO2全部亚稳至室温，获得c-ZrO2单相材料，即全稳定氧化锆。其中，PSZ和TZP中均含有可相变的四方相，是常用的相变增韧陶瓷4）以氧化锆为分散相的增韧陶瓷从目前实验结果来看，以ZrO2增韧A12O3的效果最好，应用

19、也最广泛。5.2.2. 5氧化持增靭陶逻的总用f;軾化辭増刼陶瓷由j：其优醱的性能，L2得到了相当厂泛的应用、其应用领域和应用举例（1）肌械E程 陶瓷川具,量弘机械懈封件1陶瓷轴承,萍簧*拉羅模冲挤压模Q冶金工业 b 连铸水碎机抗火材料I导羯n（3）化学T业各类喷嘴，陶瓷阀及衬陶瓷城（41纺织工业柑导遜件，耐磨件u（5）屈防、航夭=火箭隔热层，防弹議甲扳。（6）内燃机 b 汽缸套，活塞DL汽门座，凸轮Bfi动仲（7）生物人工戋节固定化算载体“（）电子艮功能材料口固体电质电齟器，发热体氣敏感元件，高温耐JRftfi度氷9）悴飢爲尔夫击棒*跑鞍钉，備钩。（10） H常生活.剪刀，刀片，锚子甥丝刀,

20、开瓶器風珠笔头、段壳、鐵带剪、9.简述硅酸盐水泥的生产工艺过程、熟料矿物组成及其水化和凝结硬化过程答：生产工艺过程：（1）生产硅酸盐水泥的原料原料主要是石灰质原料（提供CaO）和粘土质原料（提供SiO2,Al2O3以及少量的Fe2O3）两类，原料的种类越少越好，尽量避免杂质。（2）生料的配置将原料按比例混合，并磨到规定细度，混合均匀。（配合、磨细、混匀制成粉料、料球或料浆。）配置生料常用的方法为：干法、湿法、半干法。（配置时加水多少分）（3）水泥熟料的煅烧回转窑或立窑中，均匀煅烧，熟料中的矿物均在此时形成。（4）水泥的磨制熟料冷却，储存一段儿时间，稳定质量后，加2%6%的石膏，共同磨细。最多决

21、定水泥早期强度和总强度越多越有利第二位水化速度慢、决定水泥后期强度熟料矿物之首 极强的水化能力、决定水泥放热熟料的矿物组成：（1）硅酸三钙 （C3S）（2）硅酸二钙 （C2S）（3）铝酸三钙 （C3A）（4）铁铝酸四钙（C4AF）水化速度仅次于C3A，水化热较小水化和凝结硬化过程：水泥加水后水化反应首先在水泥颗粒表面剧烈进行，生成水化物溶于水中， 而水泥颗粒又继续暴露出新的表面与水作用，同时发生“楔劈”作用，最后生成具有流动性、可塑 性浆体（水化硅酸钙、氢氧化钙、水化铝酸钙、水化铁酸一钙、高硫型水化硫、铝酸钙（钙 矶石），其中水化硅酸钙和水化铁酸一钙为胶凝体）。随着水化作用的继续进行，胶粒数量

22、不断增加， 游离水分不断减少， 使胶体逐渐失去可塑性，出现凝结，但这时不具有强度，称为初凝。随后胶凝体随水分的不断减少而逐渐紧密，胶凝体和结晶体互相贯穿、镶嵌、交错在一起，新的水化产物又不断填充胶凝体和结晶体之间的空隙，使结构更加紧密，水泥 浆体开始产生强度，称为终凝。最终变成坚硬的水泥石完成硬化。（为了调节（延缓） 水泥凝结时间掺入适量石膏）10.简述线型非晶态聚合物的物理状态及其主要特征，并画出其典型的温度一形变曲线。答：玻璃态：在区域I,温度低，链段 运动被冻结，只有侧基、链 节、链长、键角等的局部运 动，因此聚合物在外力作用 下的形变小，具有虎克弹性 行为： 形变在瞬间完成， 当 外力

23、除去后，形变又立即恢 复，表现为质硬而脆，这种力学状态与无机玻璃相似，称为玻璃态。常用作塑料玻璃化转变温度（glass temperature，以Tg表示）：玻璃态开始向高弹态转变的温度 称谓。由玻璃态向高弹态发生突变的区域为玻璃化转变区。高弹态：随着温度的升高，链段运动逐渐“解冻”，形变逐渐增大；当温度升高到某一程度时，链段运动得以充分发展，形变发生突变，进入区域II;这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大形变； 但分子之间不会发生相对滑动，单键可以内旋转，或者链的一部分发生蜷曲或伸展。当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这 种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应

24、的力学状态称高弹态。常用作橡胶粘流温度（以Tf表示）：高弹态开始向粘流态转变的温度。其间的形变突变区域称为 粘弹态转变区。分子量越大，Tf越高。交联聚合物由于分子链间有化学键连接，不能发生相对位移，不出现粘流态。粘流态：当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动剧烈，导致整个分子链质量中心发生相对位移， 大分子间可以相对滑动， 高分子链和链段都可以移动。 聚 合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，这种力学状态称为粘流态。常用作胶黏剂或涂料。11.决定高分子化合物（聚合物）机械性能的主要因素？如何提高聚合物的机械性能?答：决定高分子材料机械性能的主要因素：大分子链的主价力、 分子间作用力和大分

25、子的柔顺性及结晶度。高分子材料中共价键结合力是主价力，远大于大分子之间的次价力（范德华力和氢键），但因分子链特别长，总的次价力大于主价力。分子间力较小时，分子 链运动自由，是弹性较好的玻璃态Ir橡胶材料。分子间力较大时，链的运动受阻，是较强较硬的塑料。当晶体区的晶格轴与应力方向完全平行时，这种结构使得其具有更高的强度。提高聚合物机械性能的方法：（高分子物理上誊过来的=.=）1高分子本身结构的影响（1）提高主链中芳杂环的含量主链含芳杂环的高聚物，其强度和模量比脂肪族的高（2）调整分子链支化程度分子链支化程度增加，使分子之间的距离增加，分子间作用力减少，高聚物的拉伸强度降低， 冲击强度提高（3）

26、适度增加交联适度的交联可以有效的增加分子链间的联系，使分子链不易发生相 对滑移，强度增高（4）控制分子量 随分子量的增加，拉伸强度和冲击强度都会 提高，在临界相对分子质量 玩（缠结相对分子质量）之前，相对分子质量增加强度 增加，越过Mc后拉伸强度变化不大，而冲击强度则随相对分子质量增加而增加，不存在临界值2结晶和取向的影响（1）结晶有利于提高拉伸强度（2）晶粒细化有利于提高冲击强度，（3）取向有利于提高强度【结晶度增加，对提高拉伸强度、弯曲强度和弹性模量有好处。如果结晶度太高，则要导致冲击强度和断裂伸长率的降低，高聚物材料就要变脆，反而没有好处。如果在缓慢的冷却和退火过程中生成了大球晶的话，那

27、么高聚物的冲击强度就要显著下降。结晶尺寸越小， 强度越高。取向使材料的强度提高几倍甚至几十倍。另外 取向后可以阻碍裂缝向纵深方向发展。】3应力集中的影响（1）制成纤维 纤维越细，强度越高（2）制件尽量避免有尖锐的转角【应力集中物包括裂缝、 银纹、 杂质等缺陷在受力时成为应力集中处， 它们会 成为材料破坏的薄弱环节，断裂首先在此处发生，严重降低材料的强度，是造成高 聚物实际强度与理论强度这间巨大差别的主要原因之一。纤维的直径越小，强度越高，这是由于纤维越细， 纤维皮芯差别就越小，缺陷出现的概率就越小。根据这个 原理，用玻璃纤维增加塑料可以得到高强度的玻璃钢。缺陷的形状不同，应力集中系数也不同，

28、锐口的缺陷的应力集中系数比钝口的要大得多，因为它造成更大的应力集中，使最大应力大大超过材料的破坏强度，致使制件从这小裂缝开始发生破坏。根据这一道理，一般制品的设计总是尽量避免有尖锐的转角，而是将制品的转弯昝做成圆弧形的。】4增塑剂的影响 根据性能加入适当适量的增塑剂增塑使分子间作用力减小，从而降低了强度。另一方面，由于增塑剂使链段运动能力增强，故随着增塑剂含量的增强， 材料的冲击强度提高。5填料的影响 惰性填料（如CaC03）只降低成本，强度也随着降低；活性填料有增强作用， 如炭黑对天然橡胶的补强效果。纤维状填料有明显的增强作用。塑料增韧的方法是 共混或共聚，用少量橡胶作为增韧剂去改进塑料的脆

29、性。6共聚共混的影响共聚可以综合两种以上均聚物的性能，获得所需性能的高聚物7外力作用速度和温度。在拉伸试验中提高拉伸速度和降低温度都会使强度降低。在冲击试验中提高温度会增加冲击强度。由于外力作用速度和温度的改变，甚至会使材料从脆性变为韧性，或反过来12.简述不饱和聚酯树脂的主要组成及其固化特点答：1主要组成不饱和聚酯树脂是混合物，组成为：（1）树脂 不饱和聚酯 原料为不饱和二元羧酸或酸酐、饱和二元酸或酸酐、二元醇（2）交联剂 最广泛为苯乙烯， 其它还有甲基丙烯甲酯、 邻苯二甲酸二丙烯酯、 乙烯基甲 苯、三聚氰酸三丙酯等。（3）引发剂 有机过氧化物（4）促进剂 对氢过氧化物有效的促进剂大都是具有

30、变价的金属钻， 如环烷酸钻、 萘酸钴 等对过氧化物有效的促进剂有，二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺等2固化特点 不饱和聚酯树脂的固化是一个放热反应，其过程可分为三个阶段：（a）胶凝阶段:从加入促进剂后到树脂变成凝胶状态的一段时间。（固化过程最重要的阶段）（b）硬化阶段:硬化阶段是从树脂开始胶凝到一定硬度，能把制品从模具上取下为止的一段 时间（c）完全固化阶段：在室温下，这段时间可能要几天至几星期。完全固化通常是在室温下进 行，并用后处理的方法来加速，如在80C保温3小时。但在后处理之 前，空温下至少要放置24小时，这段时间越长，制品吸水率越小，性 能也越好13.玻璃纤维为何具有高强度？试讨

31、论影响玻璃纤维强度的因素。答：玻璃纤维比玻璃的强度高很多，主要有两方面的原因：A、玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使微裂纹产生的机会减少。E、玻璃纤维的断面较小，随着表面积的减小，使微裂纹存在的几率也减少，表面微裂 纹尺寸和数量较小，从而减少了应力集中，使纤维具有较高的强度。影响玻璃纤维强度的因素：A、 直径 一般情况，玻璃纤维的拉伸强度随直径变细而拉伸强度增加，B、 长度拉伸强度也与纤维的长度有关，随着长度增加拉伸强度显著下降C、 化学组成对强度的影响含碱量越高，纤维的强度越低。高强玻璃纤维强度明显地高于无碱玻璃纤维，而有碱纤维强度更低。D、 纤维老化的影响老化，强度下降。纤维的

32、老化主要取决于纤维对大气水分的化学稳定性。E、 纤维的疲劳影响纤维强度随施加负荷时间的增加而降低。玻璃纤维是使用中会吸收水分， 从而在承受载荷时会加快裂纹的扩张， 从而造成 强度随着时间的延长而下降。F、 成型方法和成型条件强度的影响玻璃纤维成型方法和成型条件对强度也有很大影响。如玻璃硬化速度越快， 拉制的纤维强度也越高。14.简述聚丙烯腈基碳纤维的制造工艺。答：大致分为三个阶段：（1）预氧化：在200300oC的氧化性气氛中，在原丝受张力的情况下进行。处理后，PAN的结构转变为稳定的梯形六元环结构，不易熔融。在预氧化过程中施加张力，限制收 缩，能使环化结构在较高温度下择优取向，显著提高碳纤维

33、的模量。（伴随颜色变化）（2） 碳化：在400-1900C范围内进行。目的：除去纤维中大量的C、H、0、N等非碳元素，改变原PAN纤维的结构，形成碳纤维。（3） 石墨化：在2500-3000C范围内，密封装置内，保护气氛，施加张力进行。目的：使纤维中的结晶碳向石墨晶体取向，使之与纤维轴向夹角进一步减小以提高模量。15.简述硼纤维的主要制备工艺？答：一般通过在超细的钨丝上化学气相沉积硼来获得表层为硼，含有异质芯材的复合纤维。通过化学气相沉积法制备硼纤维主要有两种方法（1）氢化硼热解法。利用氢化硼为原料来制备硼纤维沉积温度较低，可以使用经过钨涂层或碳涂层的石英纤维作为基底（2）卤化硼反应法，三卤化

34、硼气体与氢气混合通入沉积炉反应生成硼，并沉积在芯材基底上，其反应式为：2BX33H22B 6HX所需沉积温度较高（1160C），为此常用高熔点的金属钨丝做芯材基底。屮制备碳纤维的反应器一般为多级反应器，第一级反应器只通入高纯氢气，用于清洁钨丝表面；第二、三级反应器通入反应气体。16.简述SiC纤维主要性能特点和应用。答：1性能特点（1）力学性能高强度、高模量（2）热性能碳化硅纤维具有优良的耐热性能， 能够在1300C环境下长期工作，其力学性能（拉伸强度和弹性模量）基本上不变。当温度超过1900C时，其性能才开始下降。因此，相比于碳纤维和硼纤维，碳化硅纤维具有其无可比拟的高温稳定性，是一种较好的

35、耐高温材料（3）耐化学性能碳化硅纤维具有良好的耐化学性能，在80C下耐强酸（HCl、H2SO4、HNO3）;用30%NaOH浸蚀20小时后，纤维仅失重1%以下，其力学性能仍 不变。碳化硅纤维与金属在1000C以下也不发生反应，而且有很好的浸润性， 有益于金属的复合。耐辐照和吸波性能 碳化硅纤维在通量为3.210 10中子/秒的快中子辐照1.5小时或以能量为105中子伏特，200纳秒的强脉冲射线照射下，碳化硅纤维强度均无明显降低。（5）其它SiC纤维还具有半导体性能，与金属相容性好，常用于金属基和陶瓷基复合材料。简答：SiC纤维是高强度、高模量纤维，有良好的耐化学腐蚀性、耐高温、抗氧化、耐辐射性

36、能、与各种基体良好的相容性等一系列优异性能，同时集结构-防热-吸波等功能于一身，是一种非常理想的高性能复合材料增强纤维。2应用由于碳化硅纤维具有耐高温、耐腐蚀、耐辐射的三耐性能，是一种耐热的理想材料。用碳化硅纤维编织成双向和三向织物，巳用于高温的传送带、 过滤材料，如汽车的废气过滤器等。碳化硅复合材料已应用于喷气发动机涡轮叶片、飞机螺旋桨等受力部件。辭狀约为Up in）悄扯室Lit, 120DT沉枳举 却匚 I 尸$乩2BPHC:ISbUVj在军事上，碳化硅纤维用于大口径军用步枪金属基复合枪筒套管，M-1作战坦克履带、火箭推进剂传送系统，先进战术战斗机的垂直安定面，导弹尾部，火箭发动机外壳，鱼

37、雷壳体等。17.简述前驱体转化法制备SiC纤维的主要工艺流程，以及为提高SiC纤维性能可采取的主要工艺措施？答：典型Nicalon SiC纤维的制备工艺： 二甲基二氯硅氧烷与金属钠在溶剂中进行反应支取聚硅 烷 （PDMS），再以PDMS为原料合成聚碳硅烷 （在400C以上高压釜中裂解重排制的），将聚碳硅烷在300C下进行熔融纺丝，并在200C进行不熔化处理（放在氧化 性介质中，在一定温度下，使纤维表面的Si-H键与氧作 用，生成不熔的交联结构），随后在11001300C惰性气氛（一定惰性气体氛围、一定升温速率及一定张力作 用下）中连续烧结，得到具有金属光泽的碳化硅纤维。 生产工艺： 提高性能可

38、采取的工艺措施：采用电子束辐射、 高温烧结或引入其他元素结合高温烧结，C/Si比更接近化学计量组成，纤维性能提高，使用温度大幅提升。18.简述复合材料的界面结合类型及其特点。答：界面分类方式有很多，如根据界面处原子配位的情况可分为：1）共格界面；2）半共格界面；3）非共格界面。界面还可以进行如下的分类：1、机械结合?增强材料与基体之间仅依靠纯粹的粗糙表面相互嵌入（互锁）作用进行连接（摩擦力）：没有化学作用。?影响机械结合的因素：增强材料与基体的性质、纤维表面的粗糙度、基体的收缩（正压力）有利于纤维箍紧。2、 溶解与浸润结合?在复合材料的制造过程中，由单纯的浸润和溶解作用，使增强材料和基体形成交

39、错的溶解扩散界面，是一种次价键力的结合。（当基体的基团或分子与增强材料表面间距小于0.5nm时，次价力就发生作用。次价力包括诱导力、色散力、氢键等。）?形成溶解与浸润结合的基本条件：增强材料与基体间的接触角小于90，增强材料与基体间有一定的溶解能力。3、 反应界面结合：?基体与增强材料间发生化学反应， 在界面上形成新的化合物、以主价（键）力相互结合。这是一种最复杂、最重要的结合方式。?反应结合受扩散控制， 扩散包括反应物质在组分物质中的扩散（反应初期）和在反应产物中的扩散（反应后期）。要实现良好的反应结合，必须选择最佳的制造工艺参数（温 度、压力、时间、气氛等）来控制界面反应的程度。二甲基二冒

40、硅氧烷金属钠裂解重排高压金朶礒硅烷纺丝聚磯烷纤维不熔化处理不熔化歸碳弔抿纤维泌纤维?界面反应层是非常复杂的组成， 有时发生多个反应，产生交换反应结合。界面的反应产 物大多是脆性物质， 达到一定厚度时，界面上的残余应力可使其发生破坏，因此，界面结合先随反应程度提高而增加结合强度，但反应达到一定程度后，界面结合有所减弱。4、混合结合：上述界面结合方式的混合，实际情况中发生的重要的界面结合形式。19.简述玻璃纤维的表面处理中偶联剂的化学结构及作用机理答：GF成分为SiO2，表面吸水后成-OH，可与含-OH、COOH、-CI的偶联剂反应成醚键结合。偶联剂通式：R - M-XM -中心离子Cr+3、Si

41、+4、Ti+4等高价金属离子。R -可与聚合物交联的基团。 如不 饱和双键、氨基、环氧、巯基(-SH)等。X -可与玻纤表面醚化的活性基团。如：-Cl、-OH、-COOH、-OCH3、-OC2H5。硅烷偶联刑具有两种性质不同的官能团，一端为亲玻璃纤维的官能团(X)，端为亲树脂的官能团(R)，将玻璃纤维与树脂粘结起来，在界面上形成共价键结合。20.试述碳纤维的常用表面处理方法及作用机理。答：碳纤维表面处理方法：(1)表面清洁法将碳纤维在惰性气体保护下加热到一定高温并保温一定时间，将纤维表面的水分及残留的有机热解产物以及沾染环境杂志从纤维表面除去，可 提高纤维与基体的结合强度。(2)氧化法-在纤维

42、表面形成微孔或刻蚀沟槽以提高表面粗造度，并且引进具有极性或反应性官能团。提高表面粗造度和极性。提高剪切强度。-气相氧化法用空气或二氧化碳做氧化剂，在管式炉或反应炉中高温进行反应-液相氧化法用硝酸或硫酸，次氯酸钠等进行表面处理，或电解氧化(3)表面涂层法-沉积涂层减弱纤维表面缺陷，缓和界面应力使碳纤维与基体材料间产生偶联等(4)等离子体改性 等离子体撞击碳纤维表面，引起其表层氧化、刻蚀，除去其表面弱界面层，改善粗糙度并引入极性基团。21.简述颗粒增强复合材料的强化机理以及影响颗粒强化的因素有哪些？颗粒的强化机理主要是软性颗粒和硬性颗粒，软性颗粒是位错切过机制，硬性不变形颗粒是Orowan拱弯。位

43、错切过机制：可变形粒子的合金中位错运动与粒子相遇时切过机制，即第二相粒子在位错切过粒子时随同基体一起变形。其强化作用取决于粒子本身的性质及粒子与 基体的联系可变形粒子的主要作用有以下几方面：1.位错切过粒子时，粒子产生宽度为b的台阶，出现了新的表面积，力/力7/界面能升高。2.当粒子为有序结构时，位错切过粒子会产生反相畴界，使能量升高。3.位错切过粒子时，引起滑移面上原子错排，需要做功，给位错运动带来困难。4.粒子周围产生弹性应力场与位错发生交互作用，阻碍位错运动。5.位错切过后产生一割阶，阻碍位错运动。6.若扩展位错通过后，其宽度发生变化，引起能量升高。 以上这些作用使合金的强度提高。绕过机

44、制： 含有不可变形粒子的合金中位错运动与粒子相遇时采用绕过机制， 结果在粒子周 围留下位错环，而其余部分则越过粒子继续运动。位错线弯曲绕过第二相粒子所需要的切应力为：T= Gb/LL第二相粒子间距 ，因此,T*1/L,粒子越多，L越小，T大。强化效果愈明显。减小粒子尺寸或提高粒子的体积分数都可以合金强度提高。影响颗粒强化的因素： 颗粒的形貌、直径、结晶完整度和颗粒在复合材料中的分布情况及体积分数。22.简述金属基复合材料的基体选择原则。基体材料成分的正确选择， 对能否充分组合和发挥基体金属和增强物的性能特点，获得预期的优异综合性能满足使用要求十分重要。所以，在选择基体金属时应考虑以下几方面：1

45、根据金属基复合材料的使用要求 金属基复合材料构件的使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据。2根据金属基复合材料组成特点 选用不同类型的增强材料如连续纤维、短纤维或晶须，对基体材料的选择有较大影响。3基体金属与增强物的相容性首先，由于金属基复合材料需要在高温下成型，制备过程中，基体与增强相容易发生化学反 应，在界面形成反应层。这种脆性的界面层通常会造成复合材料性能的降低。因此，在选用 含有合金元素的金属基体时，需在选用基体合金成分时充分考虑， 尽可能选择既有利于金属 与增强物浸润复合，又有利于形成合适稳定的界面合金元素。23.简述两种金属基复合材料的液相制备方法的制备工艺、优缺点及应用。1)

46、压铸法压铸成型(Squeeze casting)，是指在压力的作用下，将液态或半液态金属基复合材料或 金属以一定速度充填压铸模型腔或增强材料须制体的孔隙中，在压力下快速凝固成型而制备金属基复合材料的工艺方法。压铸法的特点其组织细化、无气孔，可以获得比一般金属模铸件性能优良的压铸件。工艺设备简单， 成本低， 增强材料表面一般无需表面预处理， 材料的质量高且稳定 易于工业化生产。成型温度较高，界面反应常难以控制。2)半固态复合铸造工艺过程： 将颗粒增强体加入正在搅拌中的含有部分结晶颗粒的基体金属熔体中，半固态金属熔体中有大约40-50%的结晶粒子，加入的颗粒与结晶粒子相互碰撞、摩擦，导致颗 粒与液

47、态金属润湿并在金属熔体中均匀分散， 然后再升至浇铸温度进行浇铸， 获得金属基复合材料零件或坯件。 特点：可以用来制造颗粒直径细小、颗粒体积分数高的金属基复合材料。 缺点：对基体合金体系的选择受到很大限制， 即在熔化温度下需能析出大量初晶相的基体材 料。3）熔渗 将增强材料制成多孔预制体， 置基体金属熔体的上方或内部， 利用毛细力的使熔体作用 渗入预制中。 也可将预制体和基体金属坯料装入一可通入流动氮气的加热炉中。 通过加 热，基体金属熔化，自发渗透入网络状增强材料预制体中。4）真空压力浸渍法 空压力浸渍法是在真空和高压惰性气体共同作用下， 将液态金属压入增强材料预制件缝 隙中制备金属基复合材料

48、零件的一种方法。兼有真空吸铸和压力铸造的优点，由美国Alcon公司于1960年发明。特点： 浸渍在真空中进行和压力下凝固， 因此制品无气孔、疏松和缩孔等铸造缺陷，组织致 密，复合材料性能好；工艺参数易于控制，因此界面也易于控制； 适用于各种增强材料 （如连续纤维、短切纤维、颗粒等）增强金属基复合材料制造；缺点是工艺周期长，制造大尺寸零件要求大型设备。5）共喷法 将基体金属熔炼后，在压力作用下通过喷嘴送入雾化器，在高速惰性气体外流的作用 下液态金属被分散为细小的液滴，形成“雾化锥”，同时通过一个或多个喷嘴向“雾 化锥” 喷入增强颗粒， 使之与金属液滴一齐在一基板上沉积并快速凝固形成颗粒增强金 属

49、基复合材料。24.简述原位复合法制备金属基复合材料的工艺方法及特点。 原位自生复合法根据参与合成增强体的两反应组分存在状态不同，可分为气-液、固-液、液-液和固-固等四种反应模式。1）气-液反应法如制备TiC或TiN陶瓷颗粒增强的铝基复合材料。具体工艺：将含有C或N的气体（甲烷或氨气）通入高温合金液中，是气体中的C或N与合金液中个别组分反应，在铝熔 体中形成稳定的高硬度、高模量的碳化物（TiC）或氮化物（TiN）。该工艺主要分为气体的分解以及分解产物与合金的化学反应两个过程。目前，该方法一般用于铝及铝合金基复合材料， 其增强体种类手反应气体限制， 且其体积分数一般小于5%。2）固液反应法 如将

50、固态碳粉或硼粉加入到合金熔体中，使C或B同合金液中的个别组元反应，就在 基体中形成碳化物或硼化物的增强粒子。如A.Chrysanthou等在氮气保护下， 将化学计量配比的碳粉加入到1500度的Cu-Ti合金 液中，发现碳粉开始浮在熔体的表面，随着保温时间的延长，由于碳粉与熔体中的Ti不断发生反应生成TiC，使得熔体表面的碳粉不断减少，直至完全消失，搅拌浇注后即 获得TiC/Cu复合材料。3）液-液反应法该方法由美国Sutek公司发明并申请专利。它是将含有某一反应元素（如Ti）的合金液 与含有另一反应元素的（如B）的合金液同时注入一个具有高速搅拌装置的反应池中，混合时，两种合金液中的反应组分充分接触，并反应析出稳定的增强体（如TiB2），随后，将混合金属液铸造成型或快速喷射沉积，即可获得所需的复合材料。如制备TiB2/Cu复合材料。4）固-固反应法 自蔓延高温合成法是其代表性的方法，该方法于1967年由前苏联A.G.Merzhanov等提 出，它是利用高放热反应的能量使两种或两种以上物质压坯的