【正文】 在缺陷端部造成應(yīng)力集中并使缺陷擴(kuò)展。防止水泥水化物對(duì)玻璃纖維侵蝕的措施：①改變玻璃纖維的化學(xué)組分。例：加入較多量的ZrO2可提高玻璃纖維的抗堿性。②對(duì)玻璃纖維表面進(jìn)行被覆處理，以隔絕水泥水化物對(duì)纖維的侵蝕。例：可用鋯、鈦、鋅、鋁等金屬的水溶性鹽對(duì)玻璃纖維進(jìn)行處理；也可用抗堿性好的樹(shù)脂（環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃）對(duì)玻璃纖維進(jìn)行浸漬處理而后使之固化。③使用水化物堿度低的水泥以減緩或防止對(duì)玻璃纖維的侵蝕。例：采用水化產(chǎn)物中Ca(OH)2含量低的甚至無(wú)Ca(OH)2的水泥（高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥）。十八、試討論硼纖維鋁基復(fù)合體系的界面反應(yīng)及其防護(hù)。B在高溫下，除Ag、Cu、Sn、Be外，可以與其它金屬發(fā)生反應(yīng)生成不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，形成脆性的反應(yīng)層。硼纖維和鋁的界面反應(yīng)由于滲入氧生成氧化物而發(fā)生破壞，即B2O3層的破壞。當(dāng)鋁的純度較高時(shí)，在纖維上生成AlB2：Al+2B174。AlB22B+3O174。B2O3碳化硅涂層能使硼纖維具有突出的抗氧化性。因?yàn)榕鸾佑|不到鋁，硼化物的形成完全被抑制。鋁與硅不形成化合物，而鋁與碳的反應(yīng)在碳化硅存在的情況下，在熱力學(xué)上是非常困難的。硼或鋁穿過(guò)碳化硅移動(dòng)的擴(kuò)散系數(shù)在800K時(shí)非常小。十九、什么是增強(qiáng)材料的表面處理？簡(jiǎn)述偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)及作用。表面處理是在增強(qiáng)材料的表面涂覆上表面處理劑（包括浸潤(rùn)劑、偶聯(lián)劑、助劑等物質(zhì)），它有利于增強(qiáng)材料與基體間形成良好的粘結(jié)界面，從而達(dá)到提高復(fù)合材料各種性能的目的。偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)：分子兩端含有性質(zhì)不同的基團(tuán)，一端的基團(tuán)與增強(qiáng)材料表面發(fā)生化學(xué)作用或物理作用，另一端的基團(tuán)則能和基體發(fā)生化學(xué)作用或物理作用，從而使增強(qiáng)材料與基體很好地偶聯(lián)起來(lái)，獲得良好的界面粘結(jié)，改善了多方面的性能，并有效地抵抗水的侵蝕。二十、試討論玻璃纖維的表面處理中偶聯(lián)劑用量的確定及影響表面處理效果的因素。偶聯(lián)劑的用量會(huì)影響最后處理效果，在實(shí)際應(yīng)用中起偶聯(lián)作用的是偶聯(lián)劑單分子層。過(guò)多地使用偶聯(lián)劑是不必要和有害的。每種偶聯(lián)劑的實(shí)際最佳用量，多數(shù)要從實(shí)驗(yàn)中確定。偶聯(lián)劑用量也可采用計(jì)算法求得：100g給定被處理的增強(qiáng)材料的表面積，被1g硅烷偶聯(lián)劑的最小涂覆面積除，即得該硅烷偶聯(lián)劑在100g此種被處理材料上涂覆一單分子層時(shí)所需要的量。偶聯(lián)劑在被處理材料表面上的涂覆并非只是單分子層，被處理材料單絲之間的間隙中往往比表面上含有更多的偶聯(lián)劑，也不能保證偶聯(lián)劑分子全部涂覆在被處理材料的表面上，所以，偶聯(lián)劑的實(shí)際用量應(yīng)高于上述計(jì)算值。影響處理效果的因素：處理方法的影響：不同的處理方法會(huì)影響處理效果。一般來(lái)說(shuō)，前處理法的效果最為明顯。烘焙溫度的選擇：溫度過(guò)低不起反應(yīng)，達(dá)不到應(yīng)有的偶聯(lián)效果；溫度過(guò)高會(huì)引起偶聯(lián)劑分解和自聚等不良后果，以致嚴(yán)重影響偶聯(lián)效果。烘焙時(shí)間的選擇：烘焙時(shí)間應(yīng)選擇在一定烘焙溫度下偶聯(lián)劑與玻璃纖維表面的偶聯(lián)反應(yīng)能充分進(jìn)行。隨著烘焙時(shí)間的延長(zhǎng)，被處理玻璃纖維的憎水性有所提高，但是處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)生產(chǎn)效率就低。一般采用高溫短時(shí)間的烘焙制度。處理液的配制及使用：直接影響處理效果，應(yīng)該嚴(yán)格控制處理液的pH值，以抑制水解產(chǎn)物的自行縮合。在整個(gè)處理過(guò)程中，對(duì)處理液的pH值應(yīng)不斷調(diào)節(jié)。二十一、試述碳纖維的表面處理方法及作用效果：表面浸涂有機(jī)化合物：采用類似紡織中的漿紗工藝，在碳纖維表面涂覆含有反應(yīng)性端基的樹(shù)脂（羥端基的丁二烯/丙烯酸共聚物等），以改善碳纖維的界面粘結(jié)性。表面涂覆無(wú)機(jī)化合物：①表面上沉積無(wú)定形碳：在高模量結(jié)晶型碳纖維表面加涂一層低模量無(wú)定形碳，無(wú)定形碳活性大，易與樹(shù)脂浸潤(rùn)，提高界面粘結(jié)力，能顯著提高碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。②加涂碳化物：用化學(xué)氣相沉積（CVD）的方法加涂碳化物。表面化學(xué)處理：①臭氧氧化法：臭氧極易分解成一個(gè)氧分子和一個(gè)新生態(tài)活潑氧原子，氧化碳纖維表面的不飽和碳原子，生成含氧官能團(tuán)。②陽(yáng)極電解氧化法：靠電解產(chǎn)生的新生態(tài)氧對(duì)碳纖維表面進(jìn)行氧化和腐蝕，碳纖維表面被氧化腐蝕，使比表面積增大、化學(xué)基團(tuán)增加。③鹽溶液處理：先浸涂甲酸、乙酸、硝酸等的銅、鉛、鈷等鹽類溶液，然后在空氣或氧氣中于200600℃下氧化，使碳纖維表面粗糙而達(dá)到改善效果。第五章一、簡(jiǎn)述陶瓷基復(fù)合材料的特點(diǎn)及制造步驟。陶瓷基復(fù)合材料的特點(diǎn)：Ef和Em的數(shù)量級(jí)相當(dāng)；陶瓷基體的韌性有限；增強(qiáng)材料與陶瓷基體之間的熱膨脹系數(shù)不匹配、化學(xué)相容性問(wèn)題突出。陶瓷基復(fù)合材料的制造通常分為兩個(gè)步驟：將增強(qiáng)材料摻入未固結(jié)（或粉末狀）的基體材料中排列整齊或均勻混合；運(yùn)用各種加工條件在盡量不破壞增強(qiáng)材料和基體性能的前提下制成復(fù)合材料制品。二、簡(jiǎn)述連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的料漿浸漬熱壓燒結(jié)工藝及其優(yōu)、缺點(diǎn)。料漿浸漬熱壓燒結(jié)工藝：纖維通過(guò)含有超細(xì)陶瓷基體粉末的料漿使之浸漬，浸掛料漿的纖維纏繞在卷筒上，烘干、切割，得到纖維無(wú)緯布；纖維無(wú)緯布裁剪、鋪層排列、熱壓燒結(jié)得到陶瓷基復(fù)合材料。浸漬料漿的組成：陶瓷基體超細(xì)粉末、溶劑（水或甲醇）、有機(jī)粘結(jié)劑，有時(shí)還加入促進(jìn)劑和潤(rùn)濕劑（提高纖維在料漿中的浸潤(rùn)性）。料漿中的陶瓷粉體粒徑應(yīng)小于纖維直徑，并能懸浮于料漿中；纖維應(yīng)選用容易分散的、捻數(shù)低的束絲；所選用的粘結(jié)劑能夠完全去除。料漿浸漬熱壓燒結(jié)工藝的優(yōu)點(diǎn)：燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短，所得制品的致密度高?？梢灾苽淅w維定向排列、低孔隙率、高強(qiáng)度的陶瓷基復(fù)合材料。料漿浸漬熱壓燒結(jié)工藝的缺點(diǎn)：要求基體有較高的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)。生產(chǎn)效率較低（適合單件和小規(guī)模生產(chǎn)），工藝成本較高。制品垂直于加壓方向的性能和平行于加壓方向的性能差別明顯。纖維與基體的比例較難控制，纖維不易在制品中均勻分布。三、簡(jiǎn)述晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制造工藝及其優(yōu)、缺點(diǎn)。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法工藝流程：晶須、陶瓷微粉、有機(jī)先驅(qū)物、溶劑均勻混合174。預(yù)成型坯件（模壓）174。先驅(qū)物熱解成陶瓷基體（一定溫度和氣氛）174。陶瓷基復(fù)合材料。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法的優(yōu)點(diǎn)：成型容易，燒結(jié)溫度低，工藝重復(fù)性高。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法的缺點(diǎn)：制品氣孔率高，收縮變形大。晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料制造工藝的問(wèn)題：晶須比表面積大（晶須直徑小、長(zhǎng)徑比大），與陶瓷基體的反應(yīng)性高，容易簇聚，導(dǎo)致晶須與陶瓷基體粉末均勻混合困難。為此，進(jìn)行晶須凈化，晶須凈化的方法：采用沉降技術(shù)除去顆粒雜質(zhì)。四、簡(jiǎn)述原位生長(zhǎng)晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制造工藝及其優(yōu)、缺點(diǎn)。原位生長(zhǎng)晶須：陶瓷燒結(jié)的致密化過(guò)程中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，在陶瓷基體內(nèi)生長(zhǎng)出晶須（或高長(zhǎng)徑比的晶體），從而得到晶須增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。原位生長(zhǎng)工藝的優(yōu)點(diǎn)：原料廉價(jià)，對(duì)環(huán)境污染?。还に嚭?jiǎn)單，晶須生長(zhǎng)按冷卻方向擇優(yōu)取向，不存在生成的晶須與基體的相容性問(wèn)題和熱膨脹匹配的問(wèn)題；可以制造形狀復(fù)雜、大尺寸的產(chǎn)品；燒結(jié)過(guò)程中沒(méi)有收縮，得到近凈成型制品。原位生長(zhǎng)工藝的缺點(diǎn)：難以制備完全致密的陶瓷基復(fù)合材料（增加熱壓工序可提高致密化程度）。例：自增強(qiáng)氮化硅陶瓷復(fù)合材料（Si3N4/Si3N4）氮化硅陶瓷在高壓氮?dú)鈿夥罩袩Y(jié)，生長(zhǎng)出長(zhǎng)徑比達(dá)10:l的bSi3N4晶體。原位生長(zhǎng)晶須示意圖：在燒結(jié)助劑作用下，aSi3N4燒結(jié)過(guò)程中生長(zhǎng)出bSi3N4晶須。當(dāng)bSi3N4的生長(zhǎng)速度約為aSi3N4的兩倍時(shí)，bSi3N4的活化能是各向異性的，有生長(zhǎng)成棒狀（rodlike）bSi3N4晶體的趨勢(shì)。五、簡(jiǎn)述碳/碳復(fù)合材料的性能。力學(xué)性能：密度??；拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、楊氏模量高（三向織物制品的強(qiáng)度最高）；脆性大（%%），應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)“假塑性效應(yīng)”：施加載荷初期呈線性關(guān)系，隨后變?yōu)殡p線性。卸載后再加載荷，曲線仍為線性，并可達(dá)到原來(lái)的載荷水平。熱物理性能：熱膨脹系數(shù)?。▋H為金屬的1/101/5），尺寸穩(wěn)定；熱導(dǎo)率高，并可以調(diào)節(jié)；比熱容高；抗熱震因子大（為各類石墨制品的140倍）。燒蝕性能（蒸發(fā)升華、熱化學(xué)氧化）：碳/碳復(fù)合材料燒蝕均勻、燒蝕凹陷淺，能良好地保持制件外形；燒蝕熱高（材料燒蝕時(shí)帶走大量的熱，使傳遞到材料內(nèi)部的熱量減少），為內(nèi)層材料和存放的器件提供保護(hù)?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：具有與碳一樣的化學(xué)穩(wěn)定性（含有99%以上的碳，少量的氫和微量的金屬元素）；抗氧化性能差。改善碳/碳復(fù)合材料抗氧化性能的方法：浸漬樹(shù)脂時(shí)加入抗氧化物質(zhì)；氣相沉積碳時(shí)加入抗氧元素；碳化硅涂層。六、簡(jiǎn)述陶瓷的增韌方法。應(yīng)力強(qiáng)度因子（支配裂紋擴(kuò)展的尖端應(yīng)力）：晶須和纖維增韌：吸收能量。裂紋擴(kuò)展受阻：當(dāng)增強(qiáng)體（纖維或顆粒）的斷裂韌性大于基體中某些區(qū)域的斷裂韌性時(shí)，纖維受到的殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力，具有收縮趨勢(shì)，可以使基體裂紋壓縮并閉合，阻止裂紋的擴(kuò)展。纖維（或晶須）拔出：具有較高斷裂韌性的纖維，當(dāng)基體裂紋擴(kuò)展至纖維時(shí)，應(yīng)力集中導(dǎo)致結(jié)合較弱的纖維與基體之間的界面解離，在進(jìn)一步應(yīng)變時(shí)，將導(dǎo)致纖維在弱點(diǎn)處斷裂，隨后纖維的斷頭從基體中拔出。纖維（或晶須）橋聯(lián)：在基體開(kāi)裂后，纖維承受外加載荷，并在基體的裂紋面之間架橋。橋聯(lián)的纖維對(duì)基體產(chǎn)生使裂紋閉合的力，消耗外加載荷做功，從而增大材料的韌性。相變?cè)鲰g：（shielding mechanism）在含有部分穩(wěn)定的氧化鋯粒子的氧化鋁復(fù)合材料中：在裂紋尖端的應(yīng)力區(qū)域，穩(wěn)定的氧化鋯（ZrO2+Y2O3）發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)的馬氏體相變（一部分?jǐn)嗔涯芰勘挥糜趹?yīng)力誘發(fā)轉(zhuǎn)移）：ZrO2 (t)174。ZrO2 (m)，產(chǎn)生約5%的體積膨脹和約16%的剪切變形（剪切變形由產(chǎn)生孿晶等方式抵消）。這種體積膨脹和切變，在裂紋尖端產(chǎn)生了一種封閉裂紋的應(yīng)力，減少了集中在裂紋尖端的拉伸應(yīng)力，使裂紋擴(kuò)展困難，達(dá)到增韌效果。微裂紋韌化：（crack shielding mechanism）：吸收能量主裂紋擴(kuò)展時(shí)，其尖端高應(yīng)力區(qū)域容易產(chǎn)生微裂紋，微裂紋是產(chǎn)生膨脹應(yīng)變的機(jī)理之一：在微裂紋產(chǎn)生之前，存在有局部的拉伸殘余應(yīng)力。微裂紋增韌機(jī)制適合于基體彈性模量較低的陶瓷基復(fù)合材料。非屏蔽機(jī)理：利用裂紋與材料間的相互作用消耗額外的能量，使斷裂能量提高，對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子的貢獻(xiàn)很小，包括裂紋偏轉(zhuǎn)（裂紋沿著結(jié)合較弱的纖維/基體界面彎折，偏離原來(lái)的擴(kuò)展方向，呈鋸齒狀擴(kuò)展，從而使斷裂路徑增加）或裂紋彎曲（裂紋擴(kuò)展時(shí)由于強(qiáng)化相的阻礙使得尖端路徑彎曲，從而使測(cè)得的斷裂韌性值提高