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中国海洋大学2007-2008学年第2学期期末考试试卷材料学院《复合材料》课程试题(B卷)共6页第1页考试说明：本课程为闭卷考试，可携带文具(或本课程为开卷考试，可携带文具和资料)，满分为：100分。一．判断下列命题是否正确，如果有错误请改正（15题×2分/题＝30分）1．航空航天领域要求材料三高一低是高强度、高模量、耐高温、低密度。正确。2．材料复合的线性效应中不包括平行效应。错误。材料复合的线性效应中包括平行效应。3．碳化硅纤维既可以采用先驱体转化法制备，又可以采用CVD法制备。正确。4．玻璃纤维的拉伸强度和块体玻璃相当。错误。玻璃纤维的拉伸强度远远高于块体玻璃。5．无机非金属材料由晶相、玻璃相和气相组成的多晶多相复合体。正确。题号一二三四五六七总分得分授课教师命题教师或命题负责人签字年月日院系负责人签字年月日优选专业年级材料化学、高分子材料与工程05级学号姓名授课教师田进涛座号------------------------------------------------装装装------------------------------------------------订订订------------------------------------------------线线线------------------------------------------------共6页第2页6．构成线型聚合物时其链的形态包括交联型及网络型。错误。体型聚合物。7．材料复合后性能有升有降，因此复合效应有正有负。正确。8．硼纤维不能采用先驱体转化法制备。正确。9．聚合物基复合材料的界面复杂程度与金属基复合材料相当。错误。较之聚合物基复合材料，金属基复合材料的界面复杂得多。10．凯芙拉纤维是无机纤维。错误。凯芙拉纤维是有机纤维。11．由于界面反应不利于复合材料力学性能的提高，因此应严格控制界面反应的发生。错误。适当的界面反应有利于复合材料某些力学性能的提高。12．聚合物基复合材料的高温力学性能主要由增强体控制。错误。主要由基体控制。13．玻璃纤维增强环氧树脂是综合性能较好的热塑性树脂基复合材料。错误。热固性树脂。中国海洋大学2007-2008学年第2学期期末考试试卷材料学院《复合材料》课程试题(B卷)共6页第3页14．原位生长法制备复合材料具有增强体生成相热力学稳定性好的特点。正确。15．用作复合材料基体时环氧树脂具有固化方便、黏附力强、固化收缩率低的特点。正确。二．名词解释（5题×3分/题＝15分）1．复合材料：是用经过选择的、含一定数量比的两种或者两种以上的组分（或组元），通过人工复合，组成多相且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。2．复合材料界面：复合材料中两相之间，例如增强体与基体之间，某种材料特性出现不连续的区域，即为界面。材料的特性包括原子浓度、晶体结构、原子配位、弹性模量、密度、热膨胀系数等。3．相变增韧：以亚稳形式保存到低温的高温稳定相在应力诱导作用下，发生向低温稳定相转化，该过程使裂纹尖端的应力场松弛，吸收能量，从而达到增韧的目的。4．玻璃钢：玻璃纤维(包括长纤维、布、带、毡等)增强热固性树脂(包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等)复合材料，其比强度比高级合金钢还高。5．比强度：材料强度和其密度之比。优选专业年级XXXXXXX学号姓名授课教师座号------------------------------------------------装装装------------------------------------------------订订订------------------------------------------------线线线------------------------------------------------优选专业年级材料化学、高分子材料工程05级学号姓名授课教师田进涛座号------------------------------------------------装装装------------------------------------------------订订订------------------------------------------------线线线------------------------------------------------共6页第4页三．简答题（3题，共35分）1.简述复合材料发展的四个阶段及其性能特点与应用。（15分）（1）第一代：玻璃钢（玻璃纤维增强塑料），玻璃纤维用量一般为30%~60%，基体材料主要有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。玻璃钢具有比钢还高的比强度、良好的耐蚀性，制品已广泛应用于军工、机械、化学、体育和建筑行业（2）第二代：本世纪五六十年代开发的硼纤维、碳纤维以及芳纶纤维增强塑料基复合材料，它们在具有比玻璃钢更高的比强度和比刚度的同时，最高使用温度可达150摄氏度，称为第二代现代复合材料。（3）第三代：用金属做基体材料，使用温度大大提高（175~900摄氏度）；当用无机非金属材料做基体时使用温度范围更高（1000~2000摄氏度）。同时开发了耐热性更高的氧化铝纤维和碳化硅纤维，还开发了各种晶须，使得现代复合材料的性能向耐热、高韧性和多功能方向发展，据此制备的复合材料称为第三代现代复合材料。（4）第四代：本世纪九十年代以来，一些新型高技术复合材料获得了巨大发展，如智能复合材料、梯度功能复合材料、仿生复合材料、纳米复合材料等。这些复合材料的研究与开发，必将为“复合材料”这门学科开辟一个暂新的天地。2．复合材料有哪些共同特性？试简要说明。（10分）（1）比强度、比模量高：复合材料一般具有比强度、比模量高的性能特点。（2）良好的耐高温性能：可以在广泛的温度范围内使用，使用温度高于基体材料。（3）良好的尺寸稳定性：加入的增强体可以使其热膨胀系数明显下降。（4）性能具有可设计性：制造过程中诸多可调节因素使其具有性能的可设计性。（5）材料与构件制造的一致性：复合材料与复合材料构件是同时成型的。（6）良好的抗疲劳性能（7）良好的减振性（8）良好的安全性中国海洋大学2007-2008学年第2学期期末考试试卷材料学院《复合材料》课程试题(B卷)共6页第5页3．试列举陶瓷基复合材料的制备方法并作简要说明。（10分）（1）粉末冶金法：原料均匀混合后成型并烧结。（2）浆体法（湿态法）：各组元在浆体中弥散分布。（3）液态浸渍法：陶瓷熔体通过毛细管道渗入增强剂预制体孔隙。（4）溶胶–凝胶法：基体成分容易控制、复合材料的均匀性好，但收缩率大。（5）化学气相浸渍法：材料内部残余应力小，但成本高、材料致密度低。（6）原位复合法：利用化学反应原位生成增强组元的方法。四．分析讨论（2题×10分/题＝20分）1．与同质地的块状材料相比，纤维类增强体具有较高的强度和柔曲性，试简要论述其原因。（1）纤维类增强体具有较高的理论强度：固体材料理论强度随弹性模量和表面能的增大而增大，随原子半径增大而减小。用作纤维材料的一般是原子周期表中右上角的元素，例如Be、B、C、Al、Si以及它们与N、O的化合物，它们具有原子半径小的特点，其理论强度较高。（2）纤维类增强体由于直径小而具有较小的内部径向最大裂纹尺寸：纤维材料所包含的缺陷的形状、位置、取向和数目都有别与同质地的块状材料。纤维材料的直径小，内部的径向最大裂纹尺寸（对纤维的强度至关重要）远远小于块状材料中的裂纹尺寸，因此纤维的强度将获得很大的提高。并且，随着纤维直径的减小，其强度将获得进一步提高。纤维中轴向的最大裂纹尺寸虽然可与块体材料中的相比，但对轴向性能的影响则很小（纤维主要承受轴向拉伸载荷）。优选专业年级XXXXXXX学号姓名授课教师座号------------------------------------------------装装装------------------------------------------------订订订------------------------------------------------线线线------------------------------------------------优选专业年级材料化学、高分子材料工程05级学号姓名授课教师田进涛座号------------------------------------------------装装装------------------------------------------------订订订------------------------------------------------线线线------------------------------------------------共6页第6页（3）纤维类增强体由于直径小而具有较高的柔曲性：纤维类增强体的柔曲性主要取决于纤维直径，纤维直径越小，则柔曲性越好。较之同质地的块状材料，纤维类增强体由于非常细小的直径而具有较高的柔曲性。2．下图为硼/铝复合材料中可能的裂纹扩展类型示意图，试就下图a、b两种方式，结合复合材料基体性能特点和界面强弱特点，分析讨论复合材料的韧性是如何得到改善的。（a）基体强度强于界面结合强度：裂纹在垂直于外张力载荷方向扩展时，受到纤维/基体界面的阻滞。由于裂纹尖端最大应力低于纤维的断裂应力，而大于纤维/基体界面的结合强度，裂纹放弃原来的扩展方向，转而在界面进行扩展。该过程有效地阻止了裂纹在原扩展方向的进一步扩展，吸收了能量，从而改善了复合材料的韧性。（b）基体强度弱于界面结合强度：裂纹在垂直于外张力载荷方向扩展时，受到纤维/基体界面的阻滞。由于裂纹尖端最大应力低于纤维的断裂应力，同时也低于纤维/基体界面的结合强度，而高于基体材料的强度，裂纹放弃原来的扩展方向，转而在基体材料内部扩展。该过程有效地阻止了裂纹在原扩展方向的进一步扩展，吸收了能量，从而改善了复合材料的韧性。