材料前沿考試題

1、一、簡答題：（每小題5分，共25分）簡述碳納米管的性能特點，并列舉碳納米管在復(fù)合材料中的典型應(yīng)用（4種以上應(yīng)用）性能特點：楊氏模量高，拉伸強度高，密度小，高導(dǎo)電，高導(dǎo)熱，熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好。典型應(yīng)用：增強樹脂、金屬、陶瓷和碳的復(fù)合材料，導(dǎo)電性復(fù)合材料、吸波材料、電磁屏蔽材料陶瓷膠體成型方法有哪些？干壓、注漿、擠出、熱壓注、流延高溫結(jié)構(gòu)金屬間化合物的性能特點是什么？有哪些主要類型？答：性能特點：密度低、屈服強度隨溫度升高而提高、比剛度高；熔點高、高溫強度好以及抗氧化性能優(yōu)良等。主要類型：正常價化合物：化學電負性較大的金屬元素與類金屬元素組成；符合一般化合物原子價規(guī)律。電子化合物：a.不符合原

2、子價規(guī)則，成分不確定,b.結(jié)構(gòu)由電子濃度決定，具有超點陣結(jié)構(gòu),c.原子間結(jié)合鍵主要是金屬鍵。間隙化合物：由原子半徑較大的過渡族金屬元素和原子半徑較小的C、N、B等元素組成；高熔點；高硬度。復(fù)雜化合物：更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物滲碳體及碳化物（Fe3C，Cr23C6）。什么是超順磁性？討論產(chǎn)生超順磁性的原因。超順磁性(superparamagnetism)是指鐵磁物質(zhì)的顆粒小于臨界尺寸時具有單疇結(jié)構(gòu)，在較高溫度下表現(xiàn)為 HYPERLINK /doc/2574267-2718439.html t /doc/_blank 順磁性特點，但在外 HYPERLINK /doc/10038630-1051686

3、0.html t /doc/_blank 磁場作用下其順磁性磁化率比一般順磁材料的大好幾十倍，稱為超順磁性。理論詮釋：超順磁性是指 HYPERLINK /doc/1597402-1688573.html t /doc/_blank 鐵磁性物質(zhì)的顆粒小于臨界尺寸時，外場產(chǎn)生的磁 HYPERLINK /doc/6516319-6730046.html t /doc/_blank 取向力不足以抵抗熱騷動的 HYPERLINK /doc/7718968-7993063.html t /doc/_blank 干擾，其磁化性質(zhì)與順磁體(見順磁性)相似，稱作超順磁性。臨界尺寸與溫度有關(guān)，例如球狀鐵粒在室溫的

4、臨界半徑為12.5納米，而在4.2K時半徑為2.2納米還是鐵磁性的。超順磁體的 HYPERLINK /doc/5920476-6133396.html t /doc/_blank 磁化曲線與鐵磁體不同，沒有 HYPERLINK /doc/5924849-6137770.html t /doc/_blank 磁滯現(xiàn)象。當去掉外 HYPERLINK /doc/3693253-3881309.html t /doc/_blank 磁場后， HYPERLINK /doc/418620-443345.html t /doc/_blank 剩磁很快消失。如以H/T(H是 HYPERLINK /doc/59

5、0928-625527.html t /doc/_blank 磁場強度，T是絕對溫度)為 HYPERLINK /doc/1074377-1136874.html t /doc/_blank 坐標橫軸，不同溫度的磁化曲線合而為一，可用順磁體的磁化 HYPERLINK /doc/5329654-5564828.html t /doc/_blank 公式(朗之萬 HYPERLINK /doc/5368923-5604762.html t /doc/_blank 函數(shù)或布里淵函數(shù))表示。外加 HYPERLINK /doc/3693253-3881309.html t /doc/_blank 磁場時，在

6、普通順磁體中，單個原子或 HYPERLINK /doc/2365910-2501711.html t /doc/_blank 分子的 HYPERLINK /doc/5926270-6139193.html t /doc/_blank 磁矩獨立地沿磁場 HYPERLINK /doc/6516317-6730044.html t /doc/_blank 取向;而超順磁體以包含大于10個原子的 HYPERLINK /doc/8092745-8409729.html t /doc/_blank 均勻磁化的單疇作為 HYPERLINK /doc/6169490-6382726.html t /doc/_

7、blank 整體協(xié)同取向，所以 HYPERLINK /doc/591701-626370.html t /doc/_blank 磁化率較一般順 HYPERLINK /doc/5920196-6133114.html t /doc/_blank 磁體大很多。什么是可降解生物醫(yī)用材料？主要的降解機制有哪些？生物醫(yī)用材料是指對生物體進行診斷、治療和置換損壞的組織、器官或增進其功能的材料；可降解生物醫(yī)用材料是指植入體內(nèi)后會逐漸被降解、吸收、被新生組織代替的生物醫(yī)用材料。降解機制：1、物理：外應(yīng)力（斷裂、磨損） 2、化學：水解、氧化、酸堿作用 3、生化：酸、微生物二、論述題：（每題15分，共75分）論述

8、陶瓷材料功能多樣性的本質(zhì)原因。陶瓷材料通常由三種不同的相組成,即晶相、玻璃相、和氣相晶相是陶瓷材料中主要的組成相，決定陶瓷材料物理化學性質(zhì)的主要是晶相。主要有含氧酸鹽、氧化物和非氧化物。玻璃相是陶瓷材料中原子不規(guī)則排列的組成部分，其結(jié)構(gòu)如同玻璃。作用是充填晶粒間隙、粘結(jié)晶粒、提高材料致密度、降低燒結(jié)溫度和抑制晶粒長大，獲得一定程度的玻璃特性，如透光性。氣相是在工藝過程中形成并保留下來的。氣孔的存在對陶瓷性能是不利的，它降低陶瓷的強度，是造成裂紋的根源。陶瓷材料的工藝特點。陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是通過粉體成型和高溫燒結(jié)來成形的，因此陶瓷是燒結(jié)體。成型工藝包括：干壓、注漿、擠出、熱壓注、流延。

9、金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料韌化方法有哪些？試以Nb-Si基合金為例闡述多相組織設(shè)計的思想。答：偏離化學計量比合金化：微合金化：通常加入小于1%Wt以下元素如B、C、Hf、Ce、Mn等，不使晶格類型、變形模式變化，改變晶界結(jié)構(gòu)，不析出有害相，抑制雜質(zhì)影響，提高結(jié)合強度。宏合金化：通常添加1%以上的合金元素元素:改變晶體結(jié)構(gòu)；改變滑移特征；形成韌性第二相；強化晶界。 改變晶粒形態(tài)：細化晶粒、擇優(yōu)取向微結(jié)構(gòu)控制：組織優(yōu)化。制備多相合金：通過向脆性金屬間化合物基體中引人塑性第二相來達到韌化基體的目的，即形成韌/脆多相結(jié)構(gòu)。新加工制備工藝（更加重要）機械合金化、定向凝固、熱壓或熱等靜壓、微晶涂層Ni-Si基：

10、強化：固溶強化，W Mo等于Nb形成置換固溶體；Nbss/Nb5Si3 Nbss提供韌性，而Nb5Si3提供高溫強度；特殊熱加工，定向凝固、粉末冶金等。韌化：合金化，Hf Ti元素對Nbss韌化；減少Si含量，Nb5Si3減少，韌塑性上升；改變組織形態(tài)，Mo W等元素傾向于形成片狀組織改善Nbss/Nb5Si3形態(tài)?？寡趸夯w抗氧化+涂層 Cr-NbCr2有利于抗氧化 Si-SiO2有利于抗氧化，Ti有利于抗氧化復(fù)合材料的六大優(yōu)點及其具體含義是什么？從材料、設(shè)計、工藝、檢測和綜合集成應(yīng)用角度，闡述復(fù)合材料的技術(shù)發(fā)展方向，并舉例說明先進復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用效益。答：六大特點：質(zhì)輕高強（

11、高比強、高比模，4-5倍于傳統(tǒng)材料）、可設(shè)計（復(fù)合材料既是一種材料，又是一種結(jié)構(gòu)，非均勻性、各向異性、多相性.）、抗疲勞（優(yōu)于金屬）和損傷（減震性）、耐腐蝕、整體成型（減少零件和裝配）、結(jié)構(gòu)/功能一體化（結(jié)構(gòu)/隱身一體化、結(jié)構(gòu)/透波一體化、結(jié)構(gòu)/防彈一體化、結(jié)構(gòu)/防熱一體化）材料是基礎(chǔ)：增強纖維（CF、GF、KF）樹脂體系（環(huán)氧、雙馬來酰亞胺）；材料的高性能化、多功能化、纖維與樹脂的匹配是關(guān)鍵設(shè)計為先導(dǎo)：設(shè)計理念與驗證方法是關(guān)鍵制造是關(guān)鍵：自動鋪帶、自動鋪絲、共固化/共膠接技術(shù)、大面積整體成形技術(shù)；自動化與低成本是關(guān)鍵評價是保障：無損檢測；精細檢測與可靠性分析是關(guān)鍵先進復(fù)合材料的用量成為軍機先

12、進性重要標志。應(yīng)用領(lǐng)域：太陽帆板基板，衛(wèi)星主承力軸，固體火箭發(fā)動機的殼體、噴管，直升機、戰(zhàn)斗機等 論述兩種不同的儲氫材料及其固態(tài)儲氫機理。AB5型儲氫合金，LaNi5，CaCu5結(jié)構(gòu)，氫原子占據(jù)晶格的四面體間隙。該化合物的氫化反應(yīng)：LaNi5+3H2=LaNi5H6 AB2型合金：ZrV2、ZrCr2、ZrCo2 四面體堆垛點陣中的間隙都是四面體間隙，儲氫量大。儲氫充電電池原理正極: Ni(HO)2 + OH- NiOOH- + H2O +e負極： M + H2O + e MH + OH-通過材料實驗，說明金屬、陶瓷和高分子材料中存在的形狀記憶效應(yīng)的機制是什么，并說明這些形狀記憶材料有哪些用途。形狀記憶合金：一種具有形狀記憶效應(yīng)和超彈性的金屬智能材料；形狀記憶合金之所