颗粒复合材料是由一种或多种颗粒均匀分布在基体材料内所组成的复合材料。颗粒越大,增强效果越明显。A 对B 错
颗粒复合材料是由一种或多种颗粒均匀分布在基体材料内所组成的复合材料。颗粒越大,增强效果越明显。
A 对
B 错
题目解答
答案
颗粒复合材料中,增强效果与颗粒尺寸密切相关。根据材料科学原理,颗粒尺寸越小,其单位体积内表面积越大,越能有效阻碍基体材料中位错的运动或大分子链的移动,从而提升材料的强度和硬度。此外,过大的颗粒容易在基体中形成应力集中点,反而降低材料的整体力学性能。因此,增强效果并非随颗粒增大而增强,而是存在一个最优尺寸范围(通常在0.01~0.1 mm或更小的弥散强化材料中),在此范围内颗粒尺寸越小,增强效果越显著。
题干中“颗粒越大,增强效果越明显”的说法与材料科学基本原理相悖,故判断为错误。
答案: B
解析
本题考查颗粒复合材料增强效果与颗粒尺寸关系的知识点。解题思路是依据材料科学中关于颗粒复合材料的基本原理来判断题干说法的正确性。
在颗粒复合材料里,增强效果和颗粒尺寸有着紧密的联系。从原理上来说,当颗粒尺寸越小的时候,单位体积内的表面积就越大。以金属基体复合材料为例,位错运动是材料发生塑性变形的主要方式,较小的颗粒能够更有效地阻碍位错的运动。假设颗粒半径为 $r$,位错线与颗粒相互作用时,颗粒越小,位错绕过颗粒所需的能量就越高,从而使得材料更难发生变形,强度得到提升。用公式表示,位错绕过颗粒的切应力 $\tau$ 与颗粒半径 $r$ 近似满足关系 $\tau \propto \frac{1}{r}$,这表明 $r$ 越小,$\tau$ 越大,材料强度越高。
对于高分子基体复合材料,较小的颗粒可以阻碍大分子链的移动。大分子链在受力时需要通过链段的相对滑动来实现变形,小颗粒的存在增加了链段滑动的阻力,进而提高材料的硬度和强度。
而如果颗粒过大,在基体中就容易形成应力集中点。当材料受到外力作用时,应力会在这些大颗粒周围集中,导致局部应力远高于平均应力,从而使材料更容易在这些部位发生破坏,降低了材料的整体力学性能。
所以,增强效果并非随着颗粒增大而增强,而是存在一个最优尺寸范围,通常在 $0.01\sim0.1$ $mm$ 或更小的弥散强化材料中,在此范围内颗粒尺寸越小,增强效果越显著。题干中“颗粒越大,增强效果越明显”的说法与材料科学基本原理相悖。