材料前沿考试题

1、一、简答题：（每小题5分，共25分）简述碳纳米管的性能特点，并列举碳纳米管在复合材料中的典型应用（4种以上应用）性能特点：杨氏模量高，拉伸强度高，密度小，高导电，高导热，热稳定性和化学稳定性好。典型应用：增强树脂、金属、陶瓷和碳的复合材料，导电性复合材料、吸波材料、电磁屏蔽材料陶瓷胶体成型方法有哪些？干压、注浆、挤出、热压注、流延高温结构金属间化合物的性能特点是什么？有哪些主要类型？答：性能特点：密度低、屈服强度随温度升高而提高、比刚度高；熔点高、高温强度好以及抗氧化性能优良等。主要类型：正常价化合物：化学电负性较大的金属元素与类金属元素组成；符合一般化合物原子价规律。电子化合物：a.不符合原

2、子价规则，成分不确定,b.结构由电子浓度决定，具有超点阵结构,c.原子间结合键主要是金属键。间隙化合物：由原子半径较大的过渡族金属元素和原子半径较小的C、N、B等元素组成；高熔点；高硬度。复杂化合物：更复杂结构的间隙化合物渗碳体及碳化物（Fe3C，Cr23C6）。什么是超顺磁性？讨论产生超顺磁性的原因。超顺磁性(superparamagnetism)是指铁磁物质的颗粒小于临界尺寸时具有单畴结构，在较高温度下表现为 HYPERLINK /doc/2574267-2718439.html t /doc/_blank 顺磁性特点，但在外 HYPERLINK /doc/10038630-1051686

3、0.html t /doc/_blank 磁场作用下其顺磁性磁化率比一般顺磁材料的大好几十倍，称为超顺磁性。理论诠释：超顺磁性是指 HYPERLINK /doc/1597402-1688573.html t /doc/_blank 铁磁性物质的颗粒小于临界尺寸时，外场产生的磁 HYPERLINK /doc/6516319-6730046.html t /doc/_blank 取向力不足以抵抗热骚动的 HYPERLINK /doc/7718968-7993063.html t /doc/_blank 干扰，其磁化性质与顺磁体(见顺磁性)相似，称作超顺磁性。临界尺寸与温度有关，例如球状铁粒在室温的

4、临界半径为12.5纳米，而在4.2K时半径为2.2纳米还是铁磁性的。超顺磁体的 HYPERLINK /doc/5920476-6133396.html t /doc/_blank 磁化曲线与铁磁体不同，没有 HYPERLINK /doc/5924849-6137770.html t /doc/_blank 磁滞现象。当去掉外 HYPERLINK /doc/3693253-3881309.html t /doc/_blank 磁场后， 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 磁场强度，T是绝对温度)为 HYPERLINK /doc/1074377-1136874.html t /doc/_blank 坐标横轴，不同温度的磁化曲线合而为一，可用顺磁体的磁化 HYPERLINK /doc/5329654-5564828.html t /doc/_blank 公式(朗之万 HYPERLINK /doc/5368923-5604762.html t /doc/_blank 函数或布里渊函数)表示。外加 HYPERLINK /doc/3693253-3881309.html t /doc/_blank 磁场时，在

6、普通顺磁体中，单个原子或 HYPERLINK /doc/2365910-2501711.html t /doc/_blank 分子的 HYPERLINK /doc/5926270-6139193.html t /doc/_blank 磁矩独立地沿磁场 HYPERLINK /doc/6516317-6730044.html t /doc/_blank 取向;而超顺磁体以包含大于10个原子的 HYPERLINK /doc/8092745-8409729.html t /doc/_blank 均匀磁化的单畴作为 HYPERLINK /doc/6169490-6382726.html t /doc/_

7、blank 整体协同取向，所以 HYPERLINK /doc/591701-626370.html t /doc/_blank 磁化率较一般顺 HYPERLINK /doc/5920196-6133114.html t /doc/_blank 磁体大很多。什么是可降解生物医用材料？主要的降解机制有哪些？生物医用材料是指对生物体进行诊断、治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料；可降解生物医用材料是指植入体内后会逐渐被降解、吸收、被新生组织代替的生物医用材料。降解机制：1、物理：外应力（断裂、磨损） 2、化学：水解、氧化、酸碱作用 3、生化：酸、微生物二、论述题：（每题15分，共75分）论述

8、陶瓷材料功能多样性的本质原因。陶瓷材料通常由三种不同的相组成,即晶相、玻璃相、和气相晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相。主要有含氧酸盐、氧化物和非氧化物。玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构如同玻璃。作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材料致密度、降低烧结温度和抑制晶粒长大，获得一定程度的玻璃特性，如透光性。气相是在工艺过程中形成并保留下来的。气孔的存在对陶瓷性能是不利的，它降低陶瓷的强度，是造成裂纹的根源。陶瓷材料的工艺特点。陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是通过粉体成型和高温烧结来成形的，因此陶瓷是烧结体。成型工艺包括：干压、注浆、挤出、热压注、流延。

9、金属间化合物结构材料韧化方法有哪些？试以Nb-Si基合金为例阐述多相组织设计的思想。答：偏离化学计量比合金化：微合金化：通常加入小于1%Wt以下元素如B、C、Hf、Ce、Mn等，不使晶格类型、变形模式变化，改变晶界结构，不析出有害相，抑制杂质影响，提高结合强度。宏合金化：通常添加1%以上的合金元素元素:改变晶体结构；改变滑移特征；形成韧性第二相；强化晶界。 改变晶粒形态：细化晶粒、择优取向微结构控制：组织优化。制备多相合金：通过向脆性金属间化合物基体中引人塑性第二相来达到韧化基体的目的，即形成韧/脆多相结构。新加工制备工艺（更加重要）机械合金化、定向凝固、热压或热等静压、微晶涂层Ni-Si基：

10、强化：固溶强化，W Mo等于Nb形成置换固溶体；Nbss/Nb5Si3 Nbss提供韧性，而Nb5Si3提供高温强度；特殊热加工，定向凝固、粉末冶金等。韧化：合金化，Hf Ti元素对Nbss韧化；减少Si含量，Nb5Si3减少，韧塑性上升；改变组织形态，Mo W等元素倾向于形成片状组织改善Nbss/Nb5Si3形态。抗氧化：基体抗氧化+涂层 Cr-NbCr2有利于抗氧化 Si-SiO2有利于抗氧化，Ti有利于抗氧化复合材料的六大优点及其具体含义是什么？从材料、设计、工艺、检测和综合集成应用角度，阐述复合材料的技术发展方向，并举例说明先进复合材料在航空航天领域的应用效益。答：六大特点：质轻高强（

11、高比强、高比模，4-5倍于传统材料）、可设计（复合材料既是一种材料，又是一种结构，非均匀性、各向异性、多相性.）、抗疲劳（优于金属）和损伤（减震性）、耐腐蚀、整体成型（减少零件和装配）、结构/功能一体化（结构/隐身一体化、结构/透波一体化、结构/防弹一体化、结构/防热一体化）材料是基础：增强纤维（CF、GF、KF）树脂体系（环氧、双马来酰亚胺）；材料的高性能化、多功能化、纤维与树脂的匹配是关键设计为先导：设计理念与验证方法是关键制造是关键：自动铺带、自动铺丝、共固化/共胶接技术、大面积整体成形技术；自动化与低成本是关键评价是保障：无损检测；精细检测与可靠性分析是关键先进复合材料的用量成为军机先

12、进性重要标志。应用领域：太阳帆板基板，卫星主承力轴，固体火箭发动机的壳体、喷管，直升机、战斗机等 论述两种不同的储氢材料及其固态储氢机理。AB5型储氢合金，LaNi5，CaCu5结构，氢原子占据晶格的四面体间隙。该化合物的氢化反应：LaNi5+3H2=LaNi5H6 AB2型合金：ZrV2、ZrCr2、ZrCo2 四面体堆垛点阵中的间隙都是四面体间隙，储氢量大。储氢充电电池原理正极: Ni(HO)2 + OH- NiOOH- + H2O +e负极： M + H2O + e MH + OH-通过材料实验，说明金属、陶瓷和高分子材料中存在的形状记忆效应的机制是什么，并说明这些形状记忆材料有哪些用途。形状记忆合金：一种具有形状记忆效应和超弹性的金属智能材料；形状记忆合金之所