功能材料和复合材料

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1.复合材料：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。连续相称为基体，分散相称为增强材料。2.复合材料命名：将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上“复合材料”3.按基体材料分类：（1）聚合物基复合材料（2）金属基复合材料（3）无机非金属基复合材料4.复合材料共同特点：（1）可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。（2）可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造（3）可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。性能的可设计性是复合材料的最大特点5.金属基复合材料的主要性能：（1）高比强度、高比硬度（2）导热、导电性能（3）热膨胀系数小、尺寸稳定性好（4）良好的高温性能（5）耐磨性好（6）良好的疲劳性能和断裂韧性（7）不吸潮、不老化、气密性好6.陶瓷基复合材料的主要性能：强度高、硬度大、耐高温、抗氧化、抗磨损、耐腐蚀、热膨胀系数和相对密度小，抗弯强度不高、断裂韧性低7.复合材料的结构层次：一次结构，是指由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组份材料的力学性能、相几何和界面区的性能。二次结构，是指由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何。三次结构，是指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。8.交叉效应：在材料的非主方向坐标系中，正应力会引起剪应变，剪应力会引起线应变，这种现象称为交叉效应9.耦合效应：在小变形情况下，面内内力会引起平面变形，内力矩也会引起面内变形10.金属材料选择基体的原则：（1）金属基复合材料的使用要求。在航空航天技术中高比强度、比模量、尺寸稳定性是最重要的性能要求，镁合金和铝合金作为基体。高性能发动机要求复合材料不仅有高比强度、比模量性能，还要求复合材料具有优良耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作，选择钛基合金、镍基合金以及金属间化合物作基体材料。工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热原件和基板，选用高导热率的银、铜、铝等为基体（2）金属基复合材料的组成特点。在连续纤维增强金属基复合材料中基体的主要作用以充分发挥增强纤维的性能为主，基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性，而不要求基体本身有很高强度。对于非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强金属基复合材料具有决定性影响。（3）基体金属与增强物的相容性。避免在界面形成脆性反应层，反应层达到一定厚度容易断裂。尽可能选择既有利于金属与增强物侵润复合，又有利于形成合适稳定的界面的合金元素。铁、镍作为基体，碳纤维做增强物是不可取的11.功能金属基复合材料：集成电路需用热膨胀系数小、导热性好的材料做基板和封装零件，将热量迅速传走，避免产生热应力，以提高器件可靠性。纯铜用于电子封装，耐磨零部件，集电和电触头12.聚合物基体的作用：复合材料中的基体有三种主要的作用：把纤维粘在一起；分配纤维间的载荷；保护纤维不受环境影响。制造基体的理想材料，其原始状态应该是低粘度的液体，并能迅速变成坚固耐久的固体，足以把增强纤维粘住。13.聚合物的性能：（1）聚合物的力学性能 。力学性能决定因素是分子内及分子间的作用力。聚合物材料的破坏是主链上化学键的断裂或是聚合物分子链间相互作用力的破坏。基体的粘接力和模量是支配基体传递应力性能的两个最重要的因素，这两个因素联合作用，可影响到复合材料拉伸时的破坏模式。（2）聚合物的耐热性能。结构上改善材料耐热性能，需具有刚性分子链、结晶性或交联结构。提高耐热性，选用能产生交联结构的聚合物，在高分子链中减少单键，引进共价双键、叁键或环状结构。结构规整的聚合物以及分子间相互作用强烈的聚合物均具有较大结晶能力。高温下加热聚合物引起降解和交联。提高热稳定性，提高聚合物分子链的键能，避免弱键存在。引进较大比率的芳环和杂环。（3）聚合物的耐腐蚀性能。耐蚀性能与树脂的类别和性能、树脂的含量，尤其是表面层树脂的含量有着密切的关系。13.不饱和聚酯树脂：交联剂、引发剂、促进剂14.增强材料：在复合材料中，凡是能提高基体材料力学性能的物质，均称为增强材料。15.玻璃原料成分分类：（1）无碱玻璃纤维，电气玻璃（2）中碱玻璃纤维（3）有碱玻璃纤维（4）特种玻璃纤维16.玻璃纤维化学组成及作用：二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、氧化铝等。氢化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，可降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃熔液中的气泡容易排出。加入氧化钙、氧化铝可改善玻璃的某些性质和工艺性能。用氧化钙取代二氧化硅，可降低拉丝温度。加入氧化铝可提高耐水性。17.玻璃纤维的物理性能：（1）外观和比重（2）表面积大（3）玻璃纤维的力学性能。玻璃纤维的最大特点是拉伸强度高。（4）耐磨性和耐折性（5）玻纤的热性能（6）玻纤的电性能（7）玻纤及制品的光学性能18.玻璃纤维制造原丝：连续玻璃纤维及其制品的制造，由制球、拉丝和纺织三部分组成。19.浸润剂的作用：（1）原丝中的纤维不散乱而能相互粘附在一起（2）防止纤维间的磨损（3）原丝相互间不粘接在一起（4）便于纺织加工等20.特种玻璃纤维：（1）高强度及高模量玻璃纤维（2）耐高温玻璃纤维（3）空心玻璃纤维21.制造碳纤维的五个阶段：（1）拉丝（2）牵伸（3）稳定（4）碳化（5）石墨化22.碳化硅纤维的性能：（1）力学性能（2）热性能（3）耐化学性能（4）耐辐照和吸波性能23.复合材料的界面：复合材料的界面是指基体和增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。24.界面效应：（1）传递效应（2）阻断效应（3）不连续效应（4）散射和吸收效应（5）诱导效应25.界面的结合强度：一般以分子间力、溶解度指数、表面张力等表示。影响因素：表面的几何形状、分布状况、纹理结构、表面吸附气体和蒸汽的程度、表面吸水情况、杂质26.金属基复合材料界面的类型：Ⅰ类界面是平整的；Ⅱ类界面，溶解扩散型界面；Ⅲ类界面含有界面反应物质27.金属基纤维复合材料的界面结合形式：(1)物理结合（2）溶解和浸润结合（3）反应结合28.碳纤维表面处理的方法：氧化法，沉积法，电聚合法，电沉积法，等离子体处理29.金属基复合材料表面处理的目的：目的主要是改善纤维的浸润性和抑制纤维与金属基体之间界面反应层的生成30.复合材料层合板设计的一般原则：（1）铺层定向原则（2）均衡对称铺设原则（3）铺层取向按承载选取原则（4）铺层最小比例原则（5）铺设顺序原则（6）冲击载荷区设计原则（7）防边缘分层破坏设计原则（8）抗局部屈曲设计原则（9）连接区设计原则（10）变厚度设计原则31.金属基复合材料的种类：（1）按基体分类：铝基复合材料，镍基…，钛基…（2）按增强体分类：颗粒增强复合材料，层状…，纤维增强…32.铝基复合材料的二次加工：1.成型，2.连接，3.机械加工，4.热处理33.镍基复合材料：应用：燃气涡轮发动机叶片。突出优点：高弹性模量、低密度、纤维形态的高强度、高熔点、良好的高温强度和抗氧化性 13.陶瓷复合材料的增强体：尺寸上分，纤维、晶须和颗粒。碳纤维、玻璃纤维、硼纤维；SiC，AL2O3，Si3N4晶须；SiC、Si3N4颗粒。14.迈斯纳效应：超导体一旦进入超导态，体内的磁通量将全部被排除体外，磁感应强度恒等于零，这种现象称为迈斯纳效应。15.超导体两个最基本的特性：电性质R=0，磁性质B=0。16.产生一个声子：一个电子通过相互作用，把能量、动量转移给晶格点阵，激起它的某个简正频率的振动，叫做产生一个声子。17.吸收一个声子：通过相互作用，从振动着的晶格点阵获得能量和动量，同时减弱晶格点阵的某个简正频率的振动，叫做吸收一个声子。18.第一类超导体：在临界磁场以下显示超导性，超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体，称为第一类超导体。19.第二类超导体：第二类超导体有两个临界磁场。一个是下临界磁场，另一个是上……。20.超导材料按化学组成分类：元素超导体，合金超导体，化合物超导体21.超导材料的应用：超导受控热核反应堆，超导磁流体发电，超导输电，超导发电机和电动机，超导变压器，超导磁悬浮列车，超导贮能22.氢能源的优点：资源丰富，发热值高，不污染环境23.金属贮氢原理：许多金属（或合金）可固溶氢气形成含氢的固溶体（MHX），固溶体的溶解度[H]M与其平衡氢压pH2的平方根成正比。在一定温度和压力条件下，固溶相（MHX）与氢反应生成金属氢化物，反应式24.滞后现象：金属氢化物在吸氢与释氢时，虽在同一温度，但压力不同25.贮氢材料应具备的条件：（1）吸氢能力大，即单位质量或单位体积贮氢量大（2）金属氢化物的生成热要适当（3）平衡氢压适当最好在室温附近只有几个大气压，便于贮氢和释放氢气。（4）吸氢、释氢速度快（5）传热性能好（6）对水、氧和二氧化碳等杂质敏感性小，反复吸氢、释氢时，材料性能不致恶化。（7）在贮存和运输中性能可靠、安全、无害（8）化学性质稳定，经久耐用（9）价格便宜26.机械合金化技术：（1）露出新鲜原子表面，增加与氢反应活性。（2）晶粒细化，参与氢化反应的合金增加。（3）控制结构，提高贮氢性能。（4）形成高密度晶界，增加贮氢位置27.形状记忆效应：原来弯曲的合金丝被拉直后，当温度升高到一定值时，又恢复到原来弯曲的形状。人们把这种现象称为形状记忆效应。28.应力诱发马氏体：在MS以上某一温度对合金施加外力也可引发马氏体转变，形成的马氏体叫应力诱发马氏体。29.应力弹性马氏体：有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体，应力增加时马氏体长大，反之马氏体缩小，应力消除后马氏体消失，这种马氏体叫应力弹性马氏体。30.超弹性（伪弹性）：应力弹性马氏体形成时会使合金产生附加应变，当除去应力时，这种附加应变也随之消失，这种现象称为超弹性（伪弹性）。31.产生形状记忆效应的条件：（1）马氏体相变是热弹性的（2）马氏体点阵的不变切变是孪生，即亚结构为孪晶（3）母相和马氏体均为有序结构32.形状记忆效应的三种形式：单向形状记忆效应；双向形状记忆效应又称可逆……；全方位形状记忆效应。33.形状记忆材料的应用：（1）工程应用：代替焊接、自控原件、热机。（2）医学应用：骨架销、牙齿矫正、人工心脏。（3）智能应用：自调节和控制装置。34.分析非晶态结构的方法：X线射和电子衍射，中子衍射方法 13.晶体：晶体是指原子呈长程有序排列的固体。14.非晶态：非晶态是指原子呈长程无序排列的状态。15.非晶态形成条件：（1）急冷（2）材料的成分（3）各组元的化学性质16.非晶态合金的性能：（1）高的强度和硬度（2）耐蚀性（3）软磁性（4）其他性能：催化性能、超导性能17.非晶态材料的缺点：（1）由于采用急冷方法制备材料，其厚度受到限制（2）热力学上不稳定，受热有晶化倾向。18.电工用硅钢片：（1）热轧无取向（2）冷轧无取向（3）冷轧单取向（4）冷轧双取向19.烧结永磁体组成：（1）硬磁强化相（2）富钕相（3）富硼相（4）钕的氧化物相20.磁头材料的基本性能要求：（1）高磁导率，提高写入读出质量（2）高饱和磁感应强度，提高记录密度（3）低剩磁和矫顽力，提高可靠性（4）高电阻率和耐磨性，减小磁头损耗，增加寿命和工作稳定性。21.磁致伸缩：铁磁性材料在磁场中被磁化时，沿外磁场方向其尺寸会发生微小变化的现象。22.小尺寸效应：当超微粒的尺寸与物理特征尺寸相当或更小时，边界条件将被破坏，声光电磁热等特性均会呈现新的尺寸效应，称为小尺寸效应。23.表面与界面效应：纳米微粒尺寸小表面大，随粒径减小，表面急剧变大，引起表面原子数迅速增加，大大增加纳米微粒的活性。24.量子尺寸效应：当微粒尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级出现由准连续变为离散的现象。当能级间距大于凝聚能时，纳米微粒呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。