材料科学与工程导论10

1、材料科学与工程导论复习题2013年一、 名词解释1、 材料 材料是人类用于制造机器、构件和产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。 2、 新材料 新材料，主要是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。3、 结构材料 结构材料是主要利用材料的强度、韧性、弹性等力学性能，用于制造在不同环境 下工作时承受载荷的各种结构件和零部件的一类材料，即机械结构材料和建筑结构材料。4、 功能材料 具有某种优良的电学、磁学、热学、声学、光学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的高技术材料。5、 复合材料 复合材料是由两种或两种以上物理、化学力学性能不同的物质，经人工组合而成 的多相

2、固体材料。6、 弹性模量 一般地讲，对弹性体施加一个外界作用（称为“应力”）后，弹性体会发生形状的改变（称为“应变”），“弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。7、 抗拉强度 抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。8、 屈服强度 是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。9、 延伸率 材料在拉伸断裂后总伸长与原始标距长度的百分比。10、 塑性 外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。11、 韧性 材料从塑性变形到断裂全过程吸收能量的能力。12、 硬度 材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的。13、

3、蠕变极限 表示材料抵抗蠕变能力大小的指标，一般用规定温度下和规定时间内达到一定总变形量的应力值表示。14、 疲劳极限 材料能经受“无限”次循环而不发生疲劳破坏的最大应力值，称为材料的疲劳极限或持久极限。15、 退火 通过缓慢冷却，获得接近平衡态的组织，达到均匀化、消除内应力的目的。16、 淬火 快速冷却，获得远离平衡态的不稳定组织，达到强化材料的目的。17、 回火 淬火或正火的材料重新加热，可以松懈淬火应力和使组织向稳定态过度，改善材料的延展性和韧性。18、 正火 在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组织，提高强度，改善韧性。19、 热容 通常用摩尔热容表征，表示1mol物质温度升

4、高1k时所吸收的热量，单位20、 热膨胀系数 分为线膨胀系数、体积膨胀系数 ；前者指温度变化1k时单位长度的变化量；后者指温度变化1k时材料单位体积的变化量，单位均是21、 电阻率 用来表示各种物质电阻特性的物理量。22、 介电常数 同一电容器中用某一物质为介电体与该物质在真空中的电容的比值。 23、 光损耗率24、 磁导率 磁介质中磁感应强度与磁场强度之比。分为绝对磁导率和相对磁导率，是表征磁介质导磁性能的物理量。25、 材料性能 在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的规范所获得的表征参量。二、 简答1、 材料按组成结构分为哪几种材料，各举例3种：金属(铸铁、碳钢、铝合金

5、)、无机非金属(水泥、玻璃、陶瓷)、高分子(塑料、合成橡胶、合成纤维)、复合（石墨/铝复合材料、碳/陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料）2、 材料按使用性能分为哪两种材料，各举例3种： 结构（金属、高分子、复合）、功能（超导、能源、生物）3、 什么是材料性质，材料的性质主要有哪几类？ 是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应。有力学性质、物理性质、化学性质。4、 什么是材料的力学性质，举例3种材料的力学性能指标；材料在外应力作用下的行为。刚度、强度、韧性5、 简述材料性能与性质的区别与联系； 材料性能是包括材料在内的整个系统特征的体现，性质则是材料本身特征的体现。性能是随着

6、 外因的变化而不断变化，是个渐变过程，在这个过程中发生量变的积累，而性质保持质的相对稳定性；当量变达到一个“度”时，将发生质变，材料的性质发生根本的变化。6、 材料结构的分类有哪几种？键合、晶体、组织7、 金属材料的晶体结构有哪几种，每种晶体结构各举例3种金属； 体心立方结构-Fe，W，Mo，V，-Ti等 面心立方结构-Fe，Al，Cu，Ag，Au，Pb等 密排六方结构Mg，Zn，Be，Cd，-Ti等8、 材料结构的表征方法有哪几种，列举3种主要的表征仪器设备。成分分析：化学分析，物理分析，光谱分析系统；结构分析：体视显微镜，检测仪器，分辨率体视显微镜，光学显微镜，电子扫描显微，透射电镜，场离

7、子显微镜，扫描隧道显微镜9、 什么是材料的制备与加工？材料的制备与加工主要内容？ “制备”与“加工”是指建立原子、分子和分子团的新排列，在所有尺度上（从原子尺分子团的新排列，在所有尺度上（从原子尺寸到宏观尺度）对结构的控制，以及高效而有竞争力地制造材料与元件的演化过程。 材料制备,材料加工,表面工程,材料复合10、 材料的失效形式有哪几种？断裂,磨损,腐蚀11、 根据钢铁中的碳含量，钢铁材料可以分为哪几种，碳含量范围分别是多少？ 钢是含碳量为0.03%2.11%的碳铁合金。其中按钢中含碳的质量百分数可分为小于0.25%的为低碳钢，大于0.25%小于0.6%的为中碳钢，大于0.6%小于2.11%

8、的为高碳钢。碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金称之为铸铁，通常还含有较多的Si、M 、S、P等元素。12、 根据铸铁中的石墨化程度，铸铁可以分为哪几种？ 白口铸铁：完全按照Fe-Fe3C 相图进行结晶而得到的铸铁。其中碳全部以渗碳体(Fe C)形式存在，断口呈银白色。 可锻铸铁：由一定成分的白口铸铁经石墨化退火处理而获得，其中碳大部分或全部以团状石墨形式存在，由于具有较灰口铸铁高得多的塑性和韧性，习惯上称为可锻铸铁，实际上并不可锻。 灰口铸铁：其中碳主要以片状石墨形状存在，断口为暗灰色。 球墨铸铁：铁水在浇注前经球化处理，其中碳大部分或全部以球状石墨形式存在，机械性能高，生产工艺比可锻铸铁简

9、单，近年来日益得到广泛的应用。 蠕墨铸铁：碳以蠕虫状石墨形式存在，介于片状和球状石墨之间此外，为了满足一些特殊要求，向铸铁中加入一些合金元素，如Cr、Cu、Al、B等，可得到耐蚀、耐热及耐磨等特性的合金。13、 钢铁材料典型的热处理工艺有哪些？淬火、退火、回火、正火14、 结构陶瓷材料的种类？ 氧化物结构陶瓷 炭化物结构陶瓷 氮化物结构陶瓷15、 陶瓷材料主要由哪些相组成的？晶体相、玻璃相、气相（气孔）16、 简述陶瓷材料的主要力学性能特点。陶瓷的硬度很高、刚度很高、理论强度很高、塑性和韧性较低17、 水泥按用途分为哪几类？按组成成分分为哪些系列？ 按用途分为两类：通用水泥、特性水泥 按组成成

10、份分为三系列： 硅酸盐水泥（波特兰水泥）、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥18、 硅酸盐水泥的主要矿物成分有哪些？它们对水泥的性能有哪些影响？ 硅酸三钙3CaO SiO2C3S 硅酸二钙2CaO SiO2 C2S 铝酸三钙3CaO Al2O3 C3A 铁铝酸四钙4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF 硅酸盐水泥的主要矿物成分对水泥性能的影响： 提高C3S可以提高水泥的强度，得到高强水泥 提高C3A、C3S，可以得到快硬水泥 降低C3A和C3S，提高C2S，可以得到中低热水泥 提高C4AF，降低C3A，可以得到道路水泥19、 什么是玻璃？简述玻璃的主要力学性能特点。 凡熔融体通过一定方式冷却，因黏度

11、逐渐增加而具有固体性质与一定结构特征的非晶态物质，都称为玻璃 理论强度高，实际强度低。抗压强度高，抗拉强度低。硬度高，脆性大。20、 复合材料的分类，复合材料的性能特点有哪些？ 复合材料是由两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料。 比强度和比弹性模量高 抗疲劳与断裂安全性能好 良好的减震性能 良好的高温性能21、 什么是复合材料中的相变增韧？相变增韧的特征？ 通过相变产生的体积膨胀，产生压缩应力，从而抵消外加应力，阻止裂纹的扩展，达到增韧的目的。 相变增韧特征： a. 相变前后没有成分变化，具有无热、无扩散、相变激活能小、相变速度快的特点。 b. 相变伴随有

12、体积变化。 c. 相变具有可逆性，因此相变发生在一个温度区间内而非一个特定的温度点上。22、 什么是超导材料？超导材料的两个基本特征？ 超导材料：在一定温度以下，材料电阻为零，物体内部失去磁通成为超导材料完全抗磁性的物质。这一特定温度称为转变温度、或临界温度Tc。 零电阻效应：物质在一特定的温度下没有电阻。零电阻是超导体的基本特征之一，称为零电阻效应 迈斯纳效应：超导态的物质完全排斥磁场，即磁力线不能进入超导体内部。这一特征称为完全抗磁性或迈斯纳效应。超导磁悬浮的物理基础23、 什么是纳米材料？叙述纳米材料的三个特点？ 纳米材料：通常定义为材料的显微结构中包括颗粒直径、晶粒大小、晶界、厚度等特

13、征尺寸都处于纳米尺寸水平的材料，其性能发生突变的材料。 界面结构类似于气态的更无序排列；晶粒结构点畸变效应；晶界偏聚降低晶界能。24、 纳米材料的主要制备方法和工艺。 气相冷凝法 其中纳米微粒采用气相冷凝制得。然后再通过压制、烧结等环节制备纳米材料的方法。 球磨法 球磨法可以降低粉粒尺寸，固态合金化、混合或融合，以及改变粉粒的形状。球磨法可以制备纳米晶纯金属、不互溶体系的固溶体纳米晶、纳米非晶、纳米金属间化合物以及纳米金属陶瓷复合材料等。 非晶晶化法 先将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜，控制晶化退火时间和温度，使非晶全部或部分晶化，生成尺寸为纳米级的粉粒。 溶胶凝胶法 将易于水解的金属化合物

14、与水溶剂中水发生水解与缩聚反应而逐渐凝胶化，再讲过干燥、烧结等过程，可制得纳米材料。25、 什么是功能陶瓷，功能陶瓷的分类主要有哪些？ 功能陶瓷：以电、磁、声、光、热、力、化学和生物等信息的检测，转换，耦合，传输及储存等功能为主要特征的介质材料。 分类：电子陶瓷、超导陶瓷、生物陶瓷、光学陶瓷。26、 什么是新能源材料，列举所学的新能源材料？二次电池材料、燃料电池材料、太阳电池材料、储氢材料、核能材料27、 什么是储氢材料，列举所学的储氢材料并简述其各自的特点。储氢材料的分类无机化合物储氢材料： 过程：无机化合物与氢气发生反应储氢，在一定条件下分解放氢。 优点：原料易得、储存方便、安全性好。 缺

15、点：储氢量较小，催化剂价格较贵。有机液体氢化物储氢材料： 过程：借助储氢载体（如苯和甲苯等）与H2的可逆反应来实现。 优点：储氢量大，储氢载体苯和甲苯可循环使用，其储存和运输都很安全方便。 缺点：装置和投资费用大，储氢操作较复杂。活性炭储氢材料： 过程：活性炭低温加压吸附储氢。 优点：活性炭原料易得，吸附储氢和放氢操作都较简单。储氢合金材料： （储氢合金：在一定温度和氢气压力下能多次吸收、储存和释放氢气的合金。） LaNi5:具有优良的储氢性能，具有优良的动力学特征。 TiFe:具有优良的储氢特性，价格较低，具有很大的使用价值。 Mg2Ni:稳定性强，释氢困难，但可改善吸/释氢的速度，具有使用

16、价值。28、 什么是正温度系数热电材料、负温度系数热电材料？29、 按材料属性分类，生物医学材料可以分为哪些？30、 什么是生物陶瓷材料？它应具有哪些要求？三、 问答题1、 什么是材料的“四要素”？叙述材料“四要素”之间的关系。 使用性能，性质，制备加工，成分结构。 关系：材料的组成与结构是材料的基本表征。它们一方面是特定的合成与制备条件的产物，另一方面又是决定材料性能与使用效能的内在因素。材料本身的性质决定了材料的合成与制备过程，材料的组成与结构是材料合成与制备的产物，材料的组成与结构又反过来决定了材料的性能。这就是材料四要素之间的关系。在四要素关系中,最基本的是结构和性能的关系,而“材料科

17、学基础”这门课程的主要研究材料的结构.性能及二者间的关系。2、 有色金属材料主要有哪几种，简述其各自的性能特点。 铝及铝合金：密度低、比强度高。纯铝的密度为2700kg/m3，约为铁的1/3。优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率 低、加工性能好。铸造性能好、易于塑性变形，经热处理后还具有很高的强度。 镁及镁合金：比重小：铝的2/3，铁的1/4?比强度高：比铝合金高50MPa，碳钢的2倍，减震性好：阻尼性优于铸铁抗冲击：优于铝合金和软钢切削性好：切削力为铝和软钢的1/2电磁屏蔽优良 可屏蔽频率范围较广易再生利用：可节约资源、保护环境。 钛及钛合金：加工条件复杂，成本较高 铜及铜合金：导电、导

18、热性能好、耐腐蚀等，是抗磁材料。加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性高的弹性极限和疲劳强度。色泽美观。3、 当外载荷与增强纤维方向一致时，推导单相连续纤维增强复合材料的拉伸强度c、弹性模量Ec与基体、增强纤维的拉伸强度m、f和弹性模量Em、Ef之间的关系。 外载荷与纤维方向一致假设复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和直径都是均匀的，且平行连续排列，同时纤维与基体间的结合为理想结合，在界面上不产生滑移。则：在外载荷作用下纤维和基体处于等应变状态c=f=m复合原理c=f=m复合材料上总力等于纤维和基体受力的和则：F = A = A AFc= Ff + Fm则：Fc=cAc = fAfmAmc = fVfmVmEc= EfVfEmVm其中：c、f、m分别代表复合材料、增强纤维和基体4、 当外载荷与增强纤维方向垂直时，推导单相连续纤维增强复合材料的拉伸强度c、弹性模量Ec与基体、增强纤维的拉伸强度m、f和弹性模量Em、Ef之间的关系。如果外载荷垂直于单相连续纤维增强复合材料的纤维方向,则复合材料、纤维、基体处于等应力状态。 c= f = m复合材料中应变量等于各组员应变量与体积分数乘积之和 c fVfmVm 1/Ec = Vf/EfVm/E