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材料导论-复合材料-作业习题参考

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第六章复合材料

问题1:何为复合材料?材料复合化的目的有哪些?

答:复合材料是指由两种或两种以上的固相组分,以微观或宏观的形式组成的材料;它具有与其组成物质不同的新的性能。材料复合化目的:材料复合化的目标是为了改善单一材料性质,或者赋予单一材料新的性能;另外,从综合成本考虑,有时也为了降低成本。

问题2:增强型复合材料组成有哪些?各组成所起到作用分别是什么?

答:增强型复合材料一般包括基体相,界面相及增强相几部分组成。其作用分别是:1)基体是连续相,复合材料性能的主要来源,保护增强体,协同实现复合材料高性能化;2)增强体是主要的承载部分,是实现复合材料增强改性的来源;3)界面是联系基体与增强体的纽带。

问题3:对于聚合物基与金属基不同基体材料的增强型复合材料而言,如何主要通过什么途径实现材料复合化?

答:从“比强度”和综合性能角度考虑,聚合物基复合材料由于基体密度低,强度不够,复合策略或途径主要是在不大幅度提高密度下,提高材料强度或赋予新的功能特性;而对于金属基复合材料而言,由于基体刚度高、优异力学性能,密度大;其复合策略:在保持材料优异特性,提升综合性能的基础上尽量降低密度。问题4:何为复合材料界面?简述界面形成过程以及改善界面相容性的方法?答:界面是复合材料基体与增强体或功能体之间由于相互作用或相互扩散而形成的结合面。界面形成过程一般分为三个阶段,包括:填充体表面预处理及与基体共混、两相接触与浸润、两相发生相互作用或扩散。改善基体与增强体之间界面相容性的方法:1)改变增强体表面性质;2)向基体中加入某些元素,改变基体性质;3)在增强体表面施加涂层,构筑相容性界面。

问题5:常见聚合物基复合材料成型方法有哪些?其具有什么特点并适用于什么结构特征的制品加工?

答:聚合物基复合材料成型方法主要有:手糊成型工艺、喷射成型工艺、铺层工艺、模压成型工艺、缠绕成型工艺、拉挤成型工艺等。其特点与适用产品特征(略)。问题6:混合定律作为复合材料可设计性的体现。简述混合定律的内涵及适用预测范围。

答:混合定律是指复合材料部分性能或性质指标可以组成相性能或性质指标按照质量分数或体积分数线性加权平均进行估算。混合定律一般适用于广度量(如弹性模量、密度、热导率、电导率、磁导率、比热以及介电常数等,而不适用于强度量。

问题7:实现复合材料高性能化,复合材料设计与开发的一般流程?

答:1)根据所需达到的性能指标,选择基体;2)基于基体性能与所需达到性能指标的差值,选择增强体或功能体;3)根据基体与增强体或功能体以及性能指标,考虑复合界面结构;4)基于上述原料与结构的考虑,选择适当的加工工艺;5)实施复合材料加工;6)性能检测与质量控制。

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