1、增强体和功能体在复合材料中起的主导作用? 答:增强体在结构复合材料中主要起承受载荷的作用
功能体则是赋予复合材料一定的物理、化学功能
2、复合材料区别与单一材料的主要特点? 答:
① 复合材料不仅保持原组分的部分优点,而且具有原组分不具备的特性 ② 另一显著特性是材料的可设计性 ③ 材料与结构的一致性
3、从工程应用的角度,复合材料可分为哪两类? 答:结构复合材料、功能复合材料
复合材料的定义:由两种或两种以上不同性质的单一材料,通过不同复合方法所得到的宏观多相材料
相:材料中具有同一化学成分并且结构和性质相同的均匀连续部分 基体材料不同:
① 无机非金属基复合材料 ② 聚合物基复合材料 ③ 金属基复合材料
A、结构复合材料:
增强体:在结构复合材料中主要起承受载荷的作用; 基 体:起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。 B、功能复合材料:
基 体:主要起连接作用;
功能体:是赋予复合材料以一定的物理、化学功能。
复合材料特性:
① 比强度、比模量高 ② 耐疲劳性能好 ③ 减震性好 ④ 过载安全性
第二章 复合材料的复合效应
本章主要内容:将对材料复合的一般规律作简要的讨论
4、材料复合效应的分类 答:
① 线性效应:
a. 平均效应:Pc=PmVm + PfVf Ec=EmVm + EfVf
b. 平行效应:显示这一效应的复合材料,其组成复合材料的各组分在复合材料中,均保
留本身的作用,既无制约,也无补偿。
c. 相补效应:组成复合材料的基体与增强体,在性能上能互补,从而提高了综合性能,
则显示出相补效应。
d. 相抵效应:基体与增强体组成复合材料时,若组分间性能相互制约,限制了整体性能
提高,则复合后显示出相抵效应。 ② 非线性效应:
a. 相乘效应:两种具有转换效应的材料复合在一起,有可能发生相乘效应。
b. 诱导效应:在一定条件下,复合材料中的一组分材料可以通过诱导作用使另一组分材
料的结构改变而改变整体性能或产生新的效应。这种诱导行为已在很多实验中发现,同时也在复合材料界面的两侧发现。
c. 共振效应:两相邻的材料在一定条件下,会产生机械的或电、磁的共振。:
d. 系统效应:这是一种材料的复杂效应,至目前为止,这一效应的机理尚不很清楚。
复合材料的性质取决于各组分特性、含量和分布情况
5、对于含有两种组分的复合材料,其典型的结构为0-3型、1-3型、2-3型、2-2型和3-3型分别指什么结构? 答:
① 0-3:基体为三维连续相,而增强体或功能体以不连续相的微粒分布在基体中的结构状态
② 1-3:基体为三维连续相,而增强体为纤维状一维材料 ③ 2-2:由两种材料呈层状叠合而成的多层结构复合材料
④ 2-3:基体为三维连续相,而增强体或功能体为二维结构的片状材料
⑤ 3-3:基体为三维连续相,而增强体或功能体为三维网状结构或块状结构镶嵌在基体之中
1) 两相复合体系有l0种可能的连通性复合材料结构(0-0、0-1、0-2、0-3、1-1、1-2、1-3、
2-2、2-3、3-3);
2) 三个相组成的复合体系结构有20种可能存在的连通性; 3) 四个相时,它可能存在35种连通性。
6、复合材料的复合效果包括哪几种?其内容分别是什么?
答:
① 组分效果:在复合材料的基体和增强体(或功能体)的物理机械性能确定的情况下,仅仅把相对组分作为变量,不考虑组分的几何形态、分布状态和尺度等复杂变量影响时产生的效果称为组分效果
对于纤维相互接触时,即r=R时,Vf达到最大值。 对于六边形阵列:Vfmax=0.907 对于正方形阵列:Vfmax=0.785
② 结构效果:复合材料性能用组分性能和组成来描述时,必须考虑组分的几何形态、分布状态和尺度等可变因素产生的效果,分为形状效果、取向效果和尺度效果
③ 界面效果:基体和增强体或功能体复合效果的主要因素
7、建立材料的微观模型包括哪两方面的内容? 答:
① 材料的几何结构模型
② 材料的物理模型,即计算场量的理论和方法
第三章 复合材料的界面状态解析
1、了解界面的分类;
2、掌握复合材料的界面层,除了在性能和结构上不同于相邻两组分相外,还具有的特点; 3、掌握复合材料界面的研究对象; 4、掌握与表面张力有关的因素; 5、掌握吸附按作用力的分类及特点; 6、掌握导致接触角的滞后效应的原因; 7、掌握固体被液体的浸润性; 8、了解界面的相容性与粘接; 9、了解浸润动力学;
10、重点掌握增强体的表面特性及对复合材料界面结合的影响。
复合材料性能的主要影响因素包括三个方面:
① 基体和增强体或功能体的性能 ② 复合材料的结构和成型技术
③ 界面结合状态(物理的和化学的)及由此产生的复合效应
8、复合材料的界面层,除了在性能和结构上不同于相邻两组分外,还具有哪些特点? 答:
① 具有一定的厚度
② 性能在厚度方向上有一定的梯度变化 ③ 随环境条件变化而改变
9、阐述复合材料界面的研究对象 答:
① 增强体表面的有关问题 ② 表面处理物质的有关问题 ③ 表面处理的最优化技术 ④ 粉体材料在基体中的分散 ⑤ 复合技术的优化及其机理
10、简述与表面张力有关的因素 答:
① 表面张力与物质结构、性质有关
② 物质的表面张力与它相接触的另一相物质有关
③ 表面张力随温度不同而不同,一般温度升高,表面张力下降
恒温、恒压条件下,任何物质都有自动向自由能减小的方向移动的趋势,因此,表面能也有自动减小的趋势
降低表面能的措施:
① 通过自动收缩表面积实现 ② 通过降低比表面能来实现
11、吸附按作用力的性质可分为哪几类?各有什么特点? 答:物理吸附和化学吸附 物理吸附:
① 由于分子间引力是普遍存在于吸附剂与吸附物之间,故物理吸附无选择性,但由于吸附剂和吸附物的种类不同,分子间的作用力大小各异,因此吸附量可因物系不同而相差很多
② 在物理吸附中,吸附在固体表面的可以呈单分子层,也可以是多分子层 ③ 物理吸附和解吸速度都较快,易达到平衡 化学吸附:
① 化学吸附是有选择性的,即某一吸附剂只对某些吸附物发生化学吸附 ② 由于化学吸附生成化学键,因为只能是单分子吸附,且不易吸附和解吸
③ 化学吸附平衡慢,在某些情况下,当吸附物分子和固体表面分子形成较稳定的化合物后,就不可能解析
物理吸附:当固体表面的原子的原子价被相邻的原子所饱和,表面分子与吸附物之间的作用力是分子间引力(范德华力)。一般在低温下进行的吸附是物理吸附。 特点:
① 无选择性,吸附量相差较大; ② 吸附可呈单分子层或多分子层; ③ 物理吸附、解吸速度较快,易平衡。
化学吸附:当固体表面的原子的原子价被相邻的原子所饱和,还有剩余的成键能力,在吸附剂及吸附物之间还有电子转移生成化学键的吸附 特点:
① 有选择性
② 只能单分子吸附,且不易吸附或解吸 ③ 平衡慢
吸附:是一种物质的原子或分子附着在另一物质表面上的现象,或者说,物质在相的界面上,浓度发生自动变化的现象
固体吸附的原因:由于固体表面质点处于力场不平衡的状态,即具有表面能,这一不平衡的力场为了趋于平衡态,可以吸附别的物质而得到补偿,以降低表面能(表面自由能),所以固体表面自动地吸附那些能够降低其表面自由能的物质 吸附过程是放热反应,解吸过程是吸热的
吸附按作用力的性质,分为物理吸附和化学吸附
12、利用接触角的知识,讨论固体被液体的浸润性。
① 当γsv<γsl, cosθ<0,θ>90°,此时固体不为液体浸润
② 当γlv>(γsv-γsl)>0,则1>cosθ>0,即0°<θ<90°,此时固体为液体所浸润
③ 若γsv-γsl =γlv,则cosθ=1,θ=0,此时固体表面可以被液体完全浸润,