孙举陶课后题答案整理

第一章1.材料为什么要复合？（原因）a一种材料在某一方面的性能可能是优异的。

b 很多材料的性能已经得到了充的发展，继续提高只能是通过复合。

c单一材料追求高性能价格很高，复合可以降低成本d传统材料及其局限性4复合材料的定义与分类 ?复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过一定的工艺方法人工合成的，各组分间有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料。

5 复合材料区别传统共混材料的特点。

1.多相结构存在着复合效应（复合材料是组分间被明显界面区分的多相材料，复合材料性能取决于各组分相性能的协同）2.复合后各组分物理化学性质不变（区别于化合物和合金）3.3. 人工制造（可设计性，区别于天然复合材料）6 复合材料三大要素及其作用。

基体作用：成形、防护、传递载荷界面作用：传力增强体：受力，承担载荷7复合材料复合的四大原理。

1.复杂的环境响应2．复杂微结构设计3．结构不均匀性4．界面稳定性第二章1.什么是复合效应？对于由A、B两种原材料复合而成的材料C，其性能既包含A、B两种原材料所固有的性能，又具有A、B两种原材料所不具备的新性能。

2.复合效应的本质是什么？复合效应本质是组分A、B的性能，及两者间形成的界面性能，相互作用、相互补充。

为复合材料的性能在其组分材料基础上的线性和非线性的综合。

3.作业1：请描述纤维间距随体积分数的变化情况，即计算（s/r）在Vf= 0.3、0.4、0.5及0.6时的值并采用画图的方式做出说明，其中纤维排布方式：六边形。

提示：横坐标：Vf，纵坐标：s/r4.作业２假设2 wt%二氧化钍（ThO2）加入到镍（Ni）中，ThO2颗粒直径为100 nm，已知ThO2和Ni的密度分别为9.69和8.9 g/cm3，请计算每立方厘米的复合材料中有多少个ThO2颗粒。

（假设界面上没有反应产物） wt%: 质量分数。

5、作业 3银-钨复合材料可作为电触头材料，先由粉末冶金方法制备得到多孔钨，再将纯银浸透到孔洞内制备得到复合材料。

已知浸渗之前多孔钨的密度是14.5 g/cm3，计算孔所占的体积分数及浸渗后银在复合材料中的质量分数。

纯银和纯钨的密度分别为：10.49g/cm3和19.3g/cm3 。

6、复合效应包括哪两大类？各有几种效应？简述各种效应的意义。

线性效应、非线性效应线性效应：平均效应、平行效应、相补效应、相抵效应平均效应：是复合材料所显示的最典型的一种复合效应，表示公式为：Pc＝PmVm+PfVf；Ec=EmVm+ EfVf（适用对象:a 复合材料的密度。

b 单向纤维复合材料的纵向c 杨氏模量、纵向泊松比。

）平行效应：组成复合材料的各组分在复合材料中，均保留本身的作用，即无制约也无补偿。

本质：主要是指复合材料的某项性能与其中某一组分的性能基本相当。

（举例：玻纤增强环氧树脂复合材料的耐腐蚀性能与环氧树脂的耐腐蚀性能基本相当。

增强体(纤维)＋基体界面很弱的复合材料。

)相补效应：组成复合材料的基体与增强体，在性能上互补，从而提高了综合性能，则显示出相补效应。

本质：复合材料某项性能，其主要取决于组分A和组分B的该项性能。

当组分A和组分B的该项性能均具有优势时，则在复合材料中获得相互补充。

（举例：对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示为增强体与基体的互补。

）相抵效应：基体与增强体组成复合材料时，若组分间能相互制约，限制了整体性能提高，则复合后显示出相抵效应。

举例脆性的纤维增强体＋韧性基体＝复合材料(界面结合很强)显示为脆性断裂。

玻璃纤维增强树脂＋硅烷偶联剂＝树脂基体复合材料）非线性效应：相乘效应:两种具有转换效应的材料复合在一起，即可发生相乘效应。

举例电磁效应材料＋磁光效应的材料＝电光效应复合材料诱导效应: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。

(Eg：结晶的纤维增强体对非晶基体的诱导结晶或晶形基体的晶形取向作用。

）共振效应：某材料组分具有一系列性能，当与另一组分复合后，该组分的某一性能得到突出发挥，而其他性能受到很大抑制。

Eg:材料的固有频率系统效应：多种组分复合后，复合材料出现了单一组分均不具有的新性能。

（Eg:红黄蓝三色光显示各种颜色交替层叠镀膜的硬度大于原来各单一镀膜的硬度和按线性混合率估算值）7、材料的复合效果包括哪些方面？简述其意义。

组分效果、结构效果、界面效果复合材料的复合效果:1、组分效果：仅考虑相对组成作为变量，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。

加和特征：复合材料的某一性能是各组分性能的按体积分数的平均值。

复合材料的某些基本物理参数，如密度、比热容，往往是近似具有加和作用的组分效果。

2、结构效果：a几何形态效果(形状效果), b分布状态效果(取向效果),c尺度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。

这类效果往往可以用数学关系描述3、界面效果：界面结构(物理结构和化学结构)的变化引起复合材料性能的变化。

基体与增强体或功能体复合效果的主要因素。

只有界面效果的存在，才能充分地显示复合材料的各种优越性能。

8、复合材料的性质包括哪些方面？1、固有性质：复合材料在各相之间不相互作用所表现出来的材料性质。

这类性质往往是材料性质的直观表现，如材料的密度、比热容。

2、传递性质：材料的传递性质是材料在外作用场作用时，表征某通量通过材料阻力大小的性质，诸如导热性质(导热系数)、导电性质(电阻率)等等。

3、强度性质（材料的强度特性是材料承受外作用场极限能力的表征。

材料的力学强度是材料承受外力的极限能力，如拉伸强度、冲击强度等；材料对电场承受能力，则为电击穿强度。

）4、转换性质（前面提到的材料复合的相乘效应是复合材料转换性质的典型效应。

由于材料转换性质的复杂性，确定其一般规律是困难的）9、弥散增强与颗粒增强的特点和区别。

弥散增强特点：a质点是弥散于基体中且均匀分布的球形。

b主要由基体承担载荷。

c颗粒尺寸越小，体积分数越高，强化效果越好。

d颗粒直径为0.001~0.1μm，一般颗粒的体积分数为1%~15%。

颗粒增强特点：a颗粒增强复合材料是由尺寸较大（直径大于1μm）颗粒与基体复合而成。

b载荷主要由基体承担，但增强颗粒也承受载荷并约束基体的变形。

c颗粒尺寸越小，体积分数越高，颗粒对复合材料的增强效果越好。

d一般颗粒直径为1~50μm，颗粒间距为1~25μm ，颗粒的体积分数为5~50% 10、根据连续纤维增强原理，对给定基体和增强体的复合材料，可以采用哪些措施获得优异的性能？连续纤维增强机理：高强度、高模量的纤维承受载荷，基体只是作为传递和分散载荷的媒介。

连续纤维串联模型增强特点：a 纤维对横向强度有减弱的作用。

纤维在与其相邻的基体中产生的应力和应变对基体产生约束，使复合材料的断裂应变比复合前要低的多。

b界面结合弱，则为界面结合强度。

连续纤维并联模型增强特点：a纤维体积份数小，复合材料强度等于基体强度。

b增强纤维体积份数增大，复合材料强度增加；c纤维份数太大的时候，界面粘接性能差，强度下降。

11、根据短纤维增强原理，可以采用哪些措施获得优异的性能？短纤维增强特点：a、该类材料受力基体变形时，短纤维上应力的分布载荷是基体通过界面传递给纤维的。

B、在一定的界面强度下，纤维端部的切应力最大，中部最小。

C、作用在纤维上的拉应力是切应力由端部向中部积累的结果。

所以拉应力端部最小，中部最大。

第三章1、一滴油酸在20℃时，落在洁净水面上，已知：γ水=73×10-3 N·m-1 ，γ油酸=32×10-3 N·m-1 γ油酸,水=12×10-3 N·m-1 ，油酸与水相互饱和后，γ'油酸=γ油酸，γ'水=40×10-3 N·m-1请问：油酸在水面上开始与终了时的接触角分别为多大？2、增强体与基体具有良好粘附的表面物理化学条件是什么？良好粘附的热力学条件应是：1）被粘附体的临界表面张力γC要大，以保证良好润湿。

2）粘附功要大，以保证牢固粘附。

3）粘附面的界面张力γSL要小，以保证粘附界面的热力学稳定。

4）粘附剂与被粘附体间相容性要好，以保证粘附界面的良好键合和保持强度。

3、简述增强体表面的物理特性对界面结合性能的影响。

比表面积、多孔性、表面极性、表面结构均一性、表面结晶特性比表面积：一般认为：增强体的比表面越大，与基体结合的物理界面大，对粘合强度的贡献大。

多孔性：部分孔隙能被基体填充，部分由于很难完全浸润，界面结合不好，成为应力传递的薄弱环节。

表面极性：极性的基体与极性的增强体有较强的界面结合，因而也就有较强的界面结合强度及复合材料强度。

增强体表面的均一性：分布均匀：界面结合均匀、完善；分布不均：在界面局部形成缺陷，形成弱界面。

增强体表面的结晶特性：表面晶体越小表面积就越大，增加与基体的粘结面。

4、为什么玻璃纤维增强的复合材料中，一旦水浸入界面，就会导致复合材料性能的下降？由于吸附水的作用，吸附水与玻璃纤维中的碱金属或碱土金属发生反应，玻纤表面带有－Si－OH基团。

玻璃纤维成分中含碱量越高，吸附水对SiO2骨架的破坏愈大，纤维强度下降就越大。

5、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，还具有哪些特点；1.非单分子层：其组成、结构形态、形貌十分复杂、形式多样；界面区至少包括：基体表面层、增强体表面层、基体/增强体界面层三个部分。

2.具有一定厚度：其组成、结构、性能随厚度方向变化而变化，具有“梯度”材料性能特征。

3.界面相的体积分数很大（尤其是纳米复合材料）界面效应显著。

4. 界面层随环境条件变化而改变。

5.界面缺陷形式多样（包括残余应力），对复合材料性能影响十分敏感6、复合材料界面效应及其特点？（1）传递效应：界面可将复合材料体系中基体承受的外力传递给增强相，起到基体和增强相之间的桥梁作用。

（2）阻断效应：基体和增强相之间结合力适当的界面有阻止裂纹扩展、减缓应力集中的作用。

（3）不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性和尺寸稳定性等。

（4）散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击性等。

（5）诱导效应（感应效应）：一种物质（通常是增强剂）的表面结构使另一种（通常是聚合物基体）与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由此产生一些现象，如强弹性、低膨胀性、耐热性和冲击性等。