復(fù)習(xí)資料先進(jìn)裝備材料

《先進(jìn)裝備材料》復(fù)習(xí)大綱

核裝備及風(fēng)電裝備材料

1、名詞快中子及熱中子：裂變產(chǎn)生的中子平均動(dòng)能約2MeV稱(chēng)為快中子；及環(huán)境達(dá)到熱平衡的中子，能量約為0.025eV稱(chēng)為熱中子。質(zhì)量虧損:在核反應(yīng)中，指原子核的質(zhì)量及組成原子核的所有單個(gè)質(zhì)子及單個(gè)中子的質(zhì)量之與的差,質(zhì)量差以能量的形式存在。衰變熱：放射性核素衰變時(shí)所產(chǎn)生的熱。中子慢化：中子及介質(zhì)原子核碰撞，引起中子能量減少而減速的現(xiàn)象。天然鈾與濃縮鈾：直接從礦石中提取的鈾叫天然鈾，經(jīng)過(guò)同位素提煉后，鈾235含量超過(guò)90%的鈾金屬。S（E）玻璃纖維：高強(qiáng)度玻璃纖維，纖維強(qiáng)度高的玻璃纖維。無(wú)堿玻璃纖維，堿金屬含量低的玻璃纖維。真空灌注：一種利用真空壓力制作成型的工藝技術(shù)。將材料鋪放在模具上，抽氣至負(fù)壓，樹(shù)脂通過(guò)膠管進(jìn)入整個(gè)體系，浸透構(gòu)件鋪層。樹(shù)脂傳遞模塑：將樹(shù)脂注入到閉合模具中浸潤(rùn)增強(qiáng)材料并固化的工藝方法

2、高溫氣冷堆的作用及特點(diǎn)。答：高溫氣冷堆是以氦氣作為冷卻劑，以石墨作為慢化劑，采用全陶瓷涂敷顆粒燃料，出口溫度高的反應(yīng)堆，主要用來(lái)發(fā)電，鋼鐵與有色金屬冶煉，石油精煉，海水淡化等。特點(diǎn)：出口溫度高、中子吸收小傳熱好、安全性好、發(fā)電效率高、系統(tǒng)簡(jiǎn)單建造周期短。

3、高溫氣冷堆的球形燃料元件及其包覆燃料顆粒的構(gòu)造及用料。答：球形燃料原件由包覆顆粒燃料與燃料元件石墨基體組成。包覆顆粒燃料由內(nèi)而外：UO2核心，疏松的PyC層（熱解炭緩沖），內(nèi)致密PyC層（承壓，防接觸），SiC層（承壓，防裂變產(chǎn)物擴(kuò)散），外致密PyC層（保護(hù)SiC層）。石墨基體則是由64%天然鱗片石墨，16%的人造石墨與20%的酚醛樹(shù)脂組成。

4、核反應(yīng)堆慢化原理及用材。答：使裂變中子及慢化劑原子核發(fā)生碰撞，把其攜帶的能量傳遞給被撞原子，經(jīng)多次碰撞，變?yōu)闊嶂凶?。輕水堆用輕水作慢化劑，重水堆用重水做慢化劑，氣冷堆用石墨作慢化劑。

5、對(duì)比分析鋯與石墨在核反應(yīng)堆中的應(yīng)用。答：鋯用作輕水堆的包殼材料，空氣中穩(wěn)定，中子吸收截面小，良好的耐腐蝕性。從礦石中提煉的時(shí)候需要鋯鉿分離，合金化可以抵消雜質(zhì)，提高綜合性能。石墨分為燃料基體石墨與反射層燃料元件中石墨作基體，作用保持一定燃料結(jié)構(gòu)，中子慢化，導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)核級(jí)石墨：構(gòu)成堆芯砌體，起到反射中子作用，純度要求極高。

6、風(fēng)力機(jī)葉片的制造工藝及其用材。生產(chǎn)準(zhǔn)備——SS面殼體制作——PS面殼體制作——前緣腹板制作——后緣腹板制作——根部平臺(tái)制作——合?！a(bǔ)強(qiáng)——表面處理——配重用材：基體材料（樹(shù)脂），增強(qiáng)材料（纖維），夾芯材料（泡沫），膠粘劑與輔助材料（優(yōu)異附著力，良好彈性等）

碳纖維及其復(fù)合材料

1、名詞：纖維的預(yù)氧化：對(duì)碳纖維原絲進(jìn)行高溫?zé)岱€(wěn)定化處理，得到具有高阻燃性，良好耐腐蝕性能的預(yù)氧絲。纖維的石墨化：將碳纖維置于石墨化爐內(nèi)保護(hù)介質(zhì)中加熱到高溫，使六角碳原子平面網(wǎng)格從二維空間的無(wú)序重疊轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間的有序重疊，且具有石墨結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崽幚磉^(guò)程。2500濕（干）法紡絲：濕法紡絲是將溶解制備的紡絲液從噴絲孔噴出，在液體凝固劑固化成絲。特點(diǎn)是紡絲速度慢，噴絲孔多，成本低，較常用；干法紡絲的紡絲液噴出后在熱空氣揮發(fā)固化成絲，特點(diǎn)孔少，速度高，成本高，較少使用。等離子體氧化：通過(guò)電解液及相應(yīng)電參數(shù)的組合，在鋁、鎂、鈦等金屬及其合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，原位生長(zhǎng)出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。纖維纏繞成形：將浸過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后經(jīng)固化、脫模，獲得制品。碳纖維捻度：在單位長(zhǎng)度的紗中,纖維所捻成的回旋數(shù),一般捻度大強(qiáng)度也大。

2、碳纖維的定義、分類(lèi)及特點(diǎn)。答：定義：是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。分類(lèi)：按原料來(lái)源：聚丙烯腈基碳纖維，瀝青基碳纖維，粘膠基碳纖維等；按性能：通用型，高強(qiáng)型，高模型，中模高強(qiáng)型，超高模型；按狀態(tài)：長(zhǎng)絲，短纖維，短切纖維特點(diǎn)：高強(qiáng)度，高模量，密度低，線膨脹系數(shù)小，耐腐蝕，抗放射等特點(diǎn)。

3、PAN基及瀝青基碳纖維的制備工藝流程。PAN基：聚合——溶液紡絲——預(yù)氧化——炭化——石墨化——精加工瀝青基：熔化過(guò)濾——熔紡法紡絲——不熔化處理——炭化——石墨化——精加工

4、纖維的預(yù)氧化、碳化、石墨化。答：預(yù)氧化與石墨化已論述碳化：將預(yù)氧絲在隔絕空氣下熱分解為碳與其他產(chǎn)物，去除雜志與揮發(fā)分，得到目標(biāo)產(chǎn)物。1000-1500

5、碳纖維的高性能化及低成本化的途徑。答：解決途徑主要包括——設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性及制造技術(shù)。選用整體化設(shè)計(jì)工藝，可起到減少零件數(shù)與裝配工時(shí)的作用；第二，原材料應(yīng)選用低成本中大絲束碳纖維以及適合低成本工藝的樹(shù)脂；第三，碳纖維制品的加工工藝應(yīng)選用非熱壓罐工藝，包括真空袋成形、RTM等；第四，應(yīng)采用制造自動(dòng)化，提高工效與降低廢品率；第五，需要利用碳纖維優(yōu)良的抗疲勞與耐腐蝕性能，降低維護(hù)成本與提高出勤率。

6、樹(shù)脂基復(fù)合材料的復(fù)合原則。

7、碳纖維復(fù)合材料的制備工藝方法。答：預(yù)浸——成型——固化——脫模成型方法有：手糊成型、噴射成型、纖維纏繞成型、拉擠成型、模壓成型【后面可不答】手糊成型工藝：在模具表面上涂抹脫模劑、膠衣，將事先裁好的碳纖維預(yù)浸布鋪設(shè)在模具工作面上，在工作面上刷涂或噴射樹(shù)脂膠液，達(dá)到所需要的厚度之后，成型固化、脫模、后處理。噴射成型工藝：一般利用短切纖維與樹(shù)脂混合，在噴槍中利用壓縮空氣均勻噴灑在模具表面上，達(dá)到所需厚度后，再利用手工橡膠錕來(lái)回刷平，最后固化成型。纖維纏繞成型工藝：將經(jīng)過(guò)樹(shù)脂液體浸漬的連續(xù)纖維或碳布按照一定規(guī)則纏繞到芯模上面，然后經(jīng)過(guò)固化、脫模、后處理成為復(fù)合材料制品的加工工藝。拉擠成型工藝：將事先浸漬樹(shù)脂膠液的碳纖維絲束、帶或布等原材料，通過(guò)牽引力的作用，擠壓模具成型、固化，連續(xù)不斷地生產(chǎn)規(guī)格、長(zhǎng)度不同的碳纖維型材。

8、碳纖維及其復(fù)合材料在航空航天、汽車(chē)的應(yīng)用需求及需要解決的問(wèn)題。答：航空：火箭飛機(jī)導(dǎo)彈等航天設(shè)備需要——結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化、防熱要求高尺寸穩(wěn)定、可安全重復(fù)使用。需要解決問(wèn)題：成本高；生產(chǎn)周期長(zhǎng)效率低；產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)難度大；回收技術(shù)不夠；存在各向異性。汽車(chē)：車(chē)身更高的輕量化效果，抗沖吸能，高結(jié)構(gòu)承載能力需解決的問(wèn)題：理念問(wèn)題，復(fù)合材料不是金屬材料的替代材料；復(fù)合材料供應(yīng)商及汽車(chē)制造企業(yè)的合作模式——戰(zhàn)略合作；發(fā)展低成本材料；高效率低成本的制造工藝技術(shù)

納米碳材料

1、名詞富勒烯：任何由碳一種元素組成，以球狀，橢圓狀，或管狀結(jié)構(gòu)存在的物質(zhì)，都可以被叫做富勒烯，富勒烯指的是一類(lèi)物質(zhì)。金屬型（半導(dǎo)體型）碳納米管：?jiǎn)伪谔技{米管按其卷曲方向有(n,m)兩個(gè)參數(shù)，當(dāng)（n-m）可以被3整除時(shí)，單壁碳納米管是金屬性的；反之則為半導(dǎo)體性的。石墨烯：是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。庫(kù)侖阻塞效應(yīng)：一旦某個(gè)電子進(jìn)入了金屬微粒，它將阻止隨后的第二個(gè)電子再進(jìn)入同一金屬微粒．因?yàn)檫@樣的過(guò)程將導(dǎo)致系統(tǒng)總能的增加，所以是不允許發(fā)生的過(guò)程。有機(jī)太陽(yáng)能電池：以具有光敏性質(zhì)的有機(jī)物作為半導(dǎo)體的材料，以光伏效應(yīng)而產(chǎn)生電壓形成電流,實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電的效果.

2、富勒烯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。答：五角環(huán)數(shù)12個(gè)，六角環(huán)數(shù)因籠大小而異。雜化方式介于SP2與SP3之間，整個(gè)表面形成大的一個(gè)大的共軛體系。滿(mǎn)足歐拉公式，凸多面體定點(diǎn)數(shù)（V），面數(shù)（F），棱邊數(shù)（E），V+F-E=2。

3、納米碳管的性質(zhì)及其應(yīng)用。答：奇異的導(dǎo)電性：可呈金屬導(dǎo)電性，也可呈半導(dǎo)體特性；存在庫(kù)倫阻塞效應(yīng)；優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射性能。優(yōu)異的熱學(xué)性質(zhì)：真空下2800℃下保持穩(wěn)定；導(dǎo)熱性能是金剛石的2倍優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)：極高的強(qiáng)度與韌性，SWNT楊氏模量高達(dá)5Tpa,強(qiáng)度是鋼的100倍，而密度只有鋼的1/6應(yīng)用：場(chǎng)發(fā)射顯示（LED），冷光電燈泡的燈絲，鋰離子電池的負(fù)極材料，太陽(yáng)能的窗口曾與高性能吸附材料。

4、石墨烯的性質(zhì)及其應(yīng)用。答：高強(qiáng)度，高熱導(dǎo)率，高載流子遷移率，室溫量子霍爾效應(yīng)，室溫鐵磁性。應(yīng)用：場(chǎng)效應(yīng)晶體管，透明電極，高導(dǎo)熱材料，儲(chǔ)能器件，傳感器。

輕量化材料-鋁合金

1、名詞變形鋁合金：變形性鋁合金是通過(guò)沖壓、彎曲、擠壓等工藝使其組織、形狀發(fā)生變化的鋁合金。分為可熱處理強(qiáng)化與不可熱處理強(qiáng)化。這類(lèi)鋁合金加熱可形成單相α固溶體，塑性好。超高強(qiáng)鋁合金：具有超高強(qiáng)度的鋁-鋅-鎂-銅系合金，是現(xiàn)有鋁合金中強(qiáng)度最高的。這類(lèi)合金可熱處理強(qiáng)化，在人工時(shí)效狀態(tài)下使用。硬鋁：指鋁合金中以Cu為主要合金元素的一類(lèi)合金，代號(hào)2xxx。防銹鋁：防銹鋁主要是Al-Mn系及Al-Mg系合金。因其時(shí)效強(qiáng)化效果不明顯，所以不宜熱處理強(qiáng)化，但可以通過(guò)加工硬化來(lái)提高強(qiáng)度及硬度。硅鋁明：是以硅為主要合金元素的一類(lèi)鑄造鋁合金，可分為簡(jiǎn)單硅鋁明與特殊硅鋁明。具有良好的鑄造性能、焊接性能、抗蝕性能與足夠的力學(xué)性能。

2、鋁合金的編號(hào)（1000~7000系），各個(gè)系列的主要合金元素與性能特點(diǎn)。答：1系：含鋁99%以上，也稱(chēng)做純鋁系列，它的特點(diǎn)是導(dǎo)電性好，耐腐蝕性能好，焊接性能好，強(qiáng)度低，不可熱處理強(qiáng)化。2系：以銅為主要合金元素的鋁合金，高溫強(qiáng)度高，易腐蝕3系：以錳為主要合金元素的鋁合金，不可熱處理強(qiáng)化，耐腐蝕性能好，焊接性能好，塑性好，可通過(guò)冷加工硬化來(lái)加強(qiáng)強(qiáng)度。4系：以硅為主要合金元素的鋁合金，鑄造機(jī)械性能良好，不常用5系：以鎂為主要合金元素的鋁合金，強(qiáng)度塑性高，耐受性能好，不可熱處理強(qiáng)化6系：以鎂與硅為主要合金元素的鋁合金，中等強(qiáng)度，耐腐蝕性能好，焊接性能好，工藝性能好（易成型），多做鍛鋁。7系：以鋅鎂銅為主要合金元素的鋁合金，硬度非常大，焊接性能好，可熱處理強(qiáng)化。工藝性能好。

3、鋁合金的強(qiáng)化方式。答：固溶強(qiáng)化：合金元素加入純鋁中，形成鋁基固溶體，起固溶強(qiáng)化作用，使其強(qiáng)度提高。鋁的合金化一般具有較大的極限溶解度。鎂的強(qiáng)化效果最好，鋅的強(qiáng)化效果最差。彌散強(qiáng)化：當(dāng)加入合金元素過(guò)量后，淬火加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量Al3Er初生相粒子，冷卻后固態(tài)中產(chǎn)生彌散分布的Al3Er顆粒，阻礙位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)。【繞過(guò)機(jī)制】細(xì)晶強(qiáng)化：加入一些合金元素起形核劑作用，減少基體Al的孕育周期，抑制其長(zhǎng)大，晶界變多，對(duì)位錯(cuò)塞積阻礙嚴(yán)重，起到強(qiáng)化作用時(shí)效強(qiáng)化：鋁合金的熱處理強(qiáng)化,主要是由于合金元素在鋁中有較大固溶度且隨溫度降低而急劇減小,故鋁合金經(jīng)加熱到一定溫度淬火后,可以得到過(guò)飽與的鋁基固溶體,這種過(guò)飽與的鋁基固溶體放置在室溫或加熱到某一溫度時(shí),其強(qiáng)度、硬度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而提高,塑性、韌性則降低。【切過(guò)機(jī)制】

4、鋁合金時(shí)效過(guò)程中相結(jié)構(gòu)及組織的變化、及其對(duì)性能的影響。答：相結(jié)構(gòu)及組織變化：α過(guò)——α+GP——α+cita”——α+cita’——α+cita其中GP區(qū)，cita”，cita’均為亞穩(wěn)相，cita為平衡相。GP區(qū)是溶質(zhì)原子富集的排列有序的，均勻分布在基體上，存在一定的共格應(yīng)變，起到強(qiáng)化效果；cita”為完全共格，比GP區(qū)有更大的共格應(yīng)變，強(qiáng)化效果更大；cita’為部分共格，接近于平衡相；平衡相完全不共格，晶粒尺寸粗大，降低了強(qiáng)化效果。整個(gè)強(qiáng)化過(guò)程中存在峰值失效

超高強(qiáng)度鋼

1、名詞二次硬化型超高強(qiáng)度鋼：經(jīng)過(guò)加熱淬火后在480～550℃溫度范圍回火時(shí)，析出合金碳化物產(chǎn)生彌散強(qiáng)化效應(yīng)，其屈服強(qiáng)度大于1380MPa的超高強(qiáng)度鋼馬氏體時(shí)效鋼：以無(wú)碳（或微碳）馬氏體為基體的，時(shí)效時(shí)能產(chǎn)生金屬間化合物沉淀硬化的超高強(qiáng)度鋼。沉淀硬化不銹鋼：在不銹鋼化學(xué)成分的基礎(chǔ)上添加不同類(lèi)型、數(shù)量的強(qiáng)化元素，通過(guò)沉淀硬化過(guò)程析出不同類(lèi)型與數(shù)量的碳化物、氮化物、碳氮化物與金屬間化合物，既提高鋼的強(qiáng)度又保持足夠的韌性的一類(lèi)高強(qiáng)度不銹鋼超細(xì)晶粒鋼:超細(xì)晶粒鋼是指通過(guò)特殊的冶煉與軋制方法得到的晶粒尺寸在微米級(jí)或亞微米級(jí)的新一代超強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼。Q&P鋼:淬火-碳分配馬氏體鋼，采用淬火配分工藝生產(chǎn)一種具有TRIP效應(yīng)的高強(qiáng)度高韌性的馬氏體鋼Q-P-T鋼：淬火-碳分配-回火馬氏體鋼，采用淬火配分工藝生產(chǎn)，并經(jīng)過(guò)低溫回火處理，得到一種強(qiáng)度更高馬氏體鋼

2、低合金超高強(qiáng)鋼的主要合金元素及其作用。答：1.保證鋼的淬透性（Cr，Mn，Ni）2.增加鋼的抗回火穩(wěn)定性（V，Mo）3.推遲低溫回火脆性（Si）4.細(xì)化晶粒（V，Mo）5.均能使得Ms點(diǎn)降低下降，淬火冷卻到室溫時(shí)殘余奧氏體量增加

3、馬氏體時(shí)效鋼的強(qiáng)化原理與熱處理工藝及其應(yīng)用。答：原理：利用金屬間化合物在含C極低的馬氏體中彌散析出來(lái)強(qiáng)化（時(shí)效強(qiáng)化）工藝：高溫奧氏體——淬火馬氏體（合金元素溶解在M中）——時(shí)效馬氏體（沉淀強(qiáng)化）應(yīng)用：已在包括火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，直升飛機(jī)起落架，精密模具中得