12级复合材料复合材料原理复习资料讲解

复合材料原理参考资料复合材料与工程

考试形式

笔试闭卷

考试时间和地点

时间：2014年12月24日8:20-10:00

地点：材料学院 A108

题型与分数分布

一．选择题

二．填空题

三．简答题

四．论述题

一、绪论

1.复合材料：由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。

一相为连续相，称为基体；起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。

一相为分散相，称为增强体（增强相）或功能体。是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着相界面。（分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料） 主要起承受载荷的作用，赋予复合材料以一定的物理、化学功能。 2.复合材料分类： A 按基体分：

B 按照形态分：

C 按增强体材料种类分类：玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维。

D 按用途分类：结构复合材料：用于制造受力构件的复合材料。 功能复合材料：指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料 3.复合材料的特点

复合材料的定义

•特点✓复合材料的性能有重要的改进。

✓复合材料可以是一个连续的物理相与一个连续分散相的

复合;也可以是两个或多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合。

✓复合后的产物为固体时才称为复合材料。

✓复合材料既可以保持原材料的某些特点,又能发挥组合后的新特征。

不是增强剂表面和

基体表面简单结合

的二维边界, 而是还

包含着两个表面之

间的过渡区域而形

成三维界面相

二、复合规律

1颗粒强化和弥散强化原理： （1）弥散强化原理：

弥散强化复合材料是由弥散颗粒与基体复合而成。在聚合物基体中阻碍分子链的运动。dp 为0.001∽0.1μm 。此时，载荷主要由基体承担，弥散颗粒阻碍聚

合物基体分子链的运动。微粒阻碍基体分子链运动能力越大，增强效果愈大。微粒的尺寸越小，在一定范围内，体积分数越高，强化效果越好。一般Vp 为0.01∽0.15 。 （2）颗粒强化原理

颗粒增强复合材料是由尺寸较大（粒径大于1μm ）的坚硬颗粒与基体复合而成，其增强原理与弥散增强原理有区别。在颗粒增强原理复合材料中，虽然载荷主要由基体承担，但颗粒也承受载荷并约束基体的变形，颗粒阻止基体分子链变形的能力越大，增强效果越好。颗粒直径为1∽50μm ，颗粒体积分数为5%∽50% 2纤维增强原理

①增强纤维抗张强度明显高于基体,载荷主要由纤维承受. ②基体与增强体界面黏结良好,当复合材料受载荷时,由基体将载荷传递给增强体,使增强体均匀受力.③基体的塑性阻止裂纹的扩展. ④纤维受力断裂时断口往往不出现在同一平面上,要使复合材料断裂,则必须将许多纤维从基体中拔出,克服基体对纤维黏结力,使复合材料断裂强度明显提高.

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.结构复合材料的复合原则包括方面：①纤维应具有高强度和高模量. ②基体材料具有一定塑性和韧性,对裂纹有致偏或抑制作用,能有效地保护纤维表面.③增强纤维与基体之间能够形成具有一定结合强度比较完整的界面, ④增强体的含量,尺寸及分布必须适宜.⑤纤维与基体的热膨胀性能匹配. ⑥纤维与基体的断裂伸长也要匹配. 几种典型的复合材料结构

6.复合材料相结构产生的复合效果。

A组分效果：在复合材料的基体和增强体的物理机械性能确定的情况下，仅仅把相对组成作为变量，不考虑组分的几何形态、分布状态和尺度等复杂变量的影响时产生的效果。

B结构效果a几何形态效果（形状效果）：该效果也可表示出相的连续和不连续效果；其决定因素是组成中的连续相。零维颗粒增强复合材料性能取决于基体，当分散相为一维连续相时，若其性质与基体有较大差异时，分散质的性能可能会显示出对复合材料性能的支配作用。b分布状态效果（取向效果）：1-3、2-2乃至3-3型复合结构，增强体的几何取向对复合材料性能有明显的影响。对于1-3型的结构，在增强体的轴向和径向，复合材料性能有着明显的

别表示复合材料、基体和增强体（或功能体）。

C尺度效果：分散质尺度的大小，会导致其表面物理及化学性质的变化。诸如比表面、表面自由能以及它们在复合材料中的表面应力分布和界面状态，而使复合材料性能发生变化。例如：当尺度>500 nm(0.5μm)，硅烷偶联剂处理的增强效果优于未处理的。SiO2尺度<500 nm(0.5μm)，不处理的优于处理的。分析：当其尺度<500 nm，由于表面积和表面能显著↑，其表面活性大大↑，使之与基体的结合强度强于硅烷偶联剂对基体和SiO2的结合。

D界面效果：复合材料的界面效果是基体与增强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。界面结构的（物理结构和化学结构）变化会引起复合材料性能的明显变化。

界面除了可以作为复合材料的一个组分而对材料有各种物理性能影响外，其物理结构、化学结构及其尺度的变化都会有不同于其它组分相的作用。

7.微观结构模型主要内容a材料的几何结构模型b材料的物理模型，即计算场量理论和方法。建立模型需注意的问题：A首先应确立坐标系和材料的主轴方向,通常以主轴方向为参考坐标。B结构模型和物理模型两个系统,有时是统一的,有时则并不统一. C在建立材料的结构模型时,主要以材料的相几何形态和性能规律为依据。D物理模型的确立要以结构模型为依据,针对某一物理性能和结构特征,进行场量计算.

8、复合材料有哪几种性质？

a.固有性质：指复合材料在各相之间不互相作用所表现出来的材料性质。

复合材料的性质是各相组分按含量的加和性，而与各相的几何状态、分析状态无关。

b.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物理量，诸如：导热性质（导热系数）、导电性质（电阻率）等。

c.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。材料对电场的承受能力，则为电击穿强度。对于非均质的复合材料，材料对外作用场的承载能力不是各组分相承载力的叠加，而与外作用场的分布、各组分相之间的相互作用有关。