材料科学与社会相关试题

材料科学与社会姓名:赵婷婷专业：汉语言文学班级：中文2班学号：2010010502181.晶体缺陷可用于提高陶瓷材料的导电性，按照晶体缺陷的几何特征，可将其分为点缺陷、线缺陷、面缺陷3种。2.一般来说，衡量材料优劣的主要指标是材料的力学性能，包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳特性、耐磨性等6个参数。3.特种陶瓷也称为精细陶瓷、先进陶瓷、新型陶瓷等。特种陶瓷制品区别于普通陶瓷的主要特征是具有优越的强度、硬度、绝缘性、热传导、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐磨耗等特色。和可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境。4．新型陶瓷材料是以离子键、共价键、共价键和离子键的混合键等3种化学键结合在一起的。其显微结构通常由晶相、玻璃相、气相3种不同的相组成，决定陶瓷材料物理化学性质的主要是主晶相。5.陶瓷的主要特点是硬而脆，断裂时完全没有塑性变形。常见的几种陶瓷的断裂强度是Al2O37.10MPa,SiC3.5MPa,AlN4.5MPa,Si3N48.0MPa.6.为了保证特种陶瓷制品的优越性能，提高胚体的致密度、均匀性或尺寸精度等，目前常采用的成形方法有冷等静压成形法、注射成形法、凝胶注膜成形法等3种，其中凝胶注膜成形法为快速成形法。复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结果不同的材料组合而成。它是一种多相材料，主要包括基体和增强体，其材料的主要特点是比强度和比模量高、抗疲劳性能好、减振性能好和高温性能好等4个方面。判断材料是否具有超导性的两个基本特征是电阻为零和失去磁通，指出下列几种超导材料的临界温度Tc值：Nb-RcKc=12.6k,Nb-ZrKc=11k,KXC60Kc=28k,YBaCuOKc=90k.生物材料可单独或与药物一起用于人体组织或器官，起替代、增强、修复等治疗作用。目前用于制造人工心脏的材料有聚氨酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、pmmA等磁性材料可分为抗磁性物质、顺磁性物质、铁磁性及亚铁磁性物质3类，具有高磁导率的坡莫合金是软磁材料，用作磁头材料。纳米材料的基本物理效应包括特殊的光学物质、特殊的电学物质、特殊的磁性、特殊的热学性质、特殊的力学性质；纳米微粒奇异的磁特性主要表现在款频带强吸收、蓝移现象和纳米微粒出现了常规材料下不出现的新德发光现象3个方面。经过成形的坯料，必须最后通过高温烧成才能获得陶瓷的特性。烧成也称烧结，目的是去除坯体内的冷溶剂、黏结剂增塑性、减少坯体中的气孔，增强颗粒间的磨合强度，影响陶瓷烧结的主要因素有粉料的拉度、添加剂的作用、材料的组成。无机涂层是用陶瓷或玻璃态物质以及部分金属，加涂在金属或陶瓷表面以达到增效和延寿目的的一种膜层。依据不同用途和使用环境，无机涂层常见的工艺方法有涂覆法、喷涂法、及蒸镀法3种。从化学上分，材料可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、生物医学材料及复合材料。从用途上分，材料大致可分为能源材料和信息材料两大类。材料、信息、能源是现代文明社会的三大支柱，其中材料是工业技术发展的基础，能直接反应社会的生产水平，在当今高科技的发展中起着基础和先导作用。根据制成的形状和要求特性，功能陶瓷的成形技术主要采用：a.冷等静压成形法b.横压成形法c.挤压成形法d.热压铸成形法e.注浆成形法等5种方法。陶瓷材料的显微结构通常由：a.晶相b.玻璃相c.气相三种不同的相组成，其中决定陶瓷材料物理化学性质的主要是主晶相。21世纪是生命科学时代，生物材料也将随之会有很大的发展。其研究目标主要包括医用生物材料、仿生材料和生物模拟3个部分生物材料。当今社会的发展，对材料提出了前所未有的高要求，主要体现在超高温、超强度、超微比重、多功能、无污染及可再生等6个方面。二．解释下列概念1.结构陶瓷：主要发挥材料机械、热、化学等效能的一类先进陶瓷。2.纳米陶瓷：纳米陶瓷又叫结构陶瓷，因其具有硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及质量轻、导热性能好等优点，得到了广泛的应用。但是工程陶瓷的缺陷在于它的脆性（裂纹）、均匀性差、可靠性低、韧性、强度较差，因而使其应用受到了较大的限制。3.功能材料：功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。4.智能材料：是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。5.复合材料：是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。6.纳米材料：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。7.弹性模量：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。弹性模量的单位是达因每平方厘米。“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量，是一个总称，包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。8.断裂韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标。在加载速度和温度一定的条件下，对某种材料而言它是一个常数。当裂纹尺寸一定时，材料的断裂韧性值愈大，其裂纹失稳扩展所需的临界应力就愈大；当给定外力时，若材料的断裂韧性值愈高，其裂纹达到失稳扩展时的临界尺寸就愈大。9.耐火度：耐火度是指材料在高温作用下达到特定软化程度的温度，表征材料抵抗高温作用的性能。10.晶须：由高纯度单晶生长而成的短纤维。其机械强度等于邻接原子间力。晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率，而且还具有电、光、磁、介电、导电、超导电性质。11.碳纳米管：碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。12.超导性及超导现象：超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。超导现象出现的基本标志是零电阻效应和迈斯纳效应，但还伴随着多种特征的出现。物体在低温出现超导现象仍然有一些问题没有弄清，但人们已经知道了很多。首先，有一些低温超导现象是由于电声作用，可以用BCS理论做出解释，而象铜基超导体、重费米子超导体中的超导原因，目前仍在研究之中。13.Sialon陶瓷：赛隆陶瓷(Sialon)即氮化硅Si3N4和氧化铝Al2O3的固溶体,其名字也正是这四个元素符号的合写.赛隆陶瓷具有较好的韧性，很高的硬度和耐磨性，以及非常高的高温抗氧化性。主要组成元素是硅、铝、氧、和氮，是硅－铝－氧－氮系统及其相关物质系统的固溶体，基本结构单元是（Si、Al）(O、N)四面体，根据结构和组份的不同，又可以分为三种类型：α’赛隆、β’赛隆、Ο’赛隆。14.生物医用陶瓷：生物医用陶瓷又称生物医用无机非金属材料，包括陶瓷、玻璃、碳素等无机非金属材料。此类材料化学性能稳定，具有良好的生物相容性。一般来说，生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三类。其中，惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷在前面已经简要做了介绍，而功能活性生物陶瓷是近年来提出的一个新概念。15.燃烧电池：燃料在电池中直接氧化产生电能的化学电源。电池中的活性物质不断地从外部送入正、负电极，反应产物从电池中排出，可以连续使用。燃料电池是化学能直接转变成电能的能量转化机器，理论上能量转化率为100%，实际上可达80%。问答题与金属材料相比，陶瓷材料有那些优异性能？答：陶瓷具有优越的强度、硬度、绝缘性、热传导、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐磨耗等特点，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的任何严酷工作环境。简述制备特种陶瓷的的工艺过程及其步骤。答：特种陶瓷的工艺过程包括：（1）原料配制（2）成形技术（3）烧结特种陶瓷的原料具有下述特点：纯度高；颗粒细小；只加入很少甚至完全不加入助熔剂以提高可塑性的添加剂；采用的原料为人工合成。主要有：碳化硅、氮化硅、氧化锆、增韧氧化锆、氧化铝等。(2)模压成型、挤压成型等技术可用于特种陶瓷的成形。此外，为了保证特种陶瓷制品的优异性能，可以采用以下方法成形，以提高配体的致密度、均匀性或、尺度精度等，如冷等压成型、注射成形法、凝胶注膜成型、干压成形、流延成形等新方法。。(3)一种或多种固体（金属、氧化物、氮化物、黏土等）粉末经过成形，当加热到一定温度后便开始收缩，在地狱熔点温度下即变成致密的、坚硬的烧结体，这种过程称为“烧结”。3分别叙述下列陶瓷的性能及主要用途。（1）(2)(3)(5)答（1）性能特点：强度高于黏土类陶瓷，硬度高，有很好的耐磨性。耐高温，可以再1600高温下长期使用。耐腐蚀性很强。良好的电绝缘性能；在高频下的电绝缘性能尤为突出，每毫米厚度可耐电压8000v以上。任性低，抗热震性差，不能承受温度的急剧变化。主要用途，机械方面：有耐磨氧化铝陶瓷衬砖、衬板、衬片和氧化铝瓷钉、陶瓷密封件、黑色氧化铝陶瓷切削刀具、红色氧化铝陶瓷柱塞等。电子、电力方面，有各种氧化铝陶瓷底板、基片、陶瓷膜、高压钠灯透明氧化铝陶瓷，以及各种氧化铝陶瓷电绝缘瓷件、电子材料，磁性材料等。化工方面，有氧化铝陶瓷化工填料球、氧化铝陶瓷微滤膜、氧化铝陶瓷耐腐蚀涂层等。医学方面，有氧化铝陶瓷人工骨、羟基磷灰石涂层多晶氧化铝人工牙齿、人工关节等。建筑卫生陶瓷方面，球磨机用氧化铝陶瓷衬砖、微晶耐磨氧化铝球石的应用已十分普及，氧化铝陶瓷保护管集各种氧化铝质、氧化铝结合及其他材质耐火材料的应用随处可见。其他方面，各种复合、改性的氧化铝陶瓷，如碳纤维增强氧化铝陶瓷、氧化锆增强陶瓷等各种增韧氧化铝陶瓷越来越多地运用于高科技领域。氧化铝陶瓷磨料、高级抛光膏在机械、珠宝加工行业起到越来越重要的作用。此外，氧化铝陶瓷研磨介质在涂料、油漆、化妆品、食品、制药等行业的原材料粉磨和加工方面的应用也越来越广泛。是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属材料。具有熔点和沸点高、硬度大，常温下为绝缘体，而高温下则具有良好的导电性。氧化锆陶瓷具有很多优良的性质，是目前陶瓷材料中韧性最好的陶瓷之一，具有良好的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性、生物相容性、化学稳定性、例子传导性，应用十分广泛。主要用途：电子陶瓷，有压电元件、滤波片、超声波振荡器、蜂鸣器及高温导体等。功能陶瓷，有气体传感器、温度传感器、声音传感器、压力传感器、加速度传感器等技术自动控制系统及高温固体燃料电池介质和磁流体发电机等。结构陶瓷，广泛应用于制作冷成型工具、整形模、拉丝模、高温挤压模、切削工具、高尔夫球棍头、研磨和磨削构件等。其他方面，用于人造牙齿骨骼等人体结构。也可用作高温过滤材料、催化剂载体、特种电池和其他能源工业的隔膜或隔热材料。是哟中重要的高温结果材料，它是一种超硬物质，密度小、本身具有润滑性，并且耐磨损，除氢氟酸外，他不与其他无机酸反应，抗腐蚀性强；高温时也抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000以上，急剧冷却在急剧加热也不会碎裂。主要用途：人们常用它来制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久模具等机械构件。是强共价键化合物，具有类似金刚石的结构，因而碳化硅陶瓷材料具有高弹性模量、高强度、高热传导、高抗热震性、低热膨胀、耐磨损和耐腐蚀等特性。主要用途：可用于火箭尾喷嘴、烧注金属用的喉嘴、热电偶外套、炉管，以及燃气轮机的叶片、轴承等零件，以及各种泵的密封环等。何谓纳米材料？举例说明纳米材料的应用。答：纳米材料是指由尺寸小于100nm（0.1-100nm）的超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维、三维材料的总称。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本元件构成的材料。（1）新型能源光电转换、热电转化材料及应用；高效太阳能转换材料及二次电池材料；纳米技术在海水提氢的应用。（2）环境。光催化有机降解物材料、保洁抗菌涂层材料、生态材料、处理有害气体减少环境污染处理。（3）功能涂层处理：具有阻热、防静电、高介电、吸收散射紫外线和不同频段的红外线吸收和反射及隐身涂层。（4）电子和电力工业材料：新一代电子封装材料、厚膜电路用基板材料、各种浆材、用于电力工业的压敏电阻、线性电阻、非线性电阻和避雷器阀门；新一代的高性能PTC、NTC和负电阻温度系数的纳米金属材料。（5）新型用于大屏幕平板显示的发光材料，包括纳米稀土材料、超高磁能第四代稀土永久磁材料。（6）纳米技术将医学带来变革：纳米及粒子将使用药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后，可主动搜索并攻击治癌细胞或修复修补损伤组织；在人工器官外面涂上纳米粒子课预防移植后的排斥反应；使用纳米技术的新型诊断仪器只需少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病；纳米粒子可以进入血液循环中，类似机械功能，清除血管内血栓及动脉血管上的斑块，改进血液，以防止心、脑梗塞。简述纳米材料的特性。答：1.纳米材料的基本物理效应包括：1.1小尺寸效应、1.2表面效应、1.3量子尺寸效应、1.4宏观量子隧道效应。2.奇特五性，主要表现在它具有超顺磁性或高的矫顽力上。3.扩散及烧结性能4.力学性能5.光电性能和纳米半导体。何谓形状记忆材料？举例说明形状记忆材料的应用。答：形状记忆材料是指具有初始形状的制成品后，通过加热手段处理又恢复初始形状的功能。形状记忆聚合物已应用于医疗、包装材料、建筑、玩具、运动用品以及传感器元件等。（1）医疗器材用作固定器具代替石膏，具有质轻、强度好的特点，容易做成复杂的形状，易于卸下。此外，还用作亚赐教整材料、导尿管、血管封闭材料等。建筑、施工材料利用单程形状记忆效益的单向形状恢复，用于接线头、天线、环套等。利用双程记忆效益随温度升降做反复动作，用于热机、热敏原件等。变形物的复原形状记忆材料用于汽车的缓冲器、保护罩等。当汽车收到冲击，保护装置变形后，只需加热即可恢复原形状。何谓Sialon陶瓷？试述Sialon陶瓷的主要特点及其特殊运用。答：赛龙陶瓷是指由与形成一系列固溶体，所得的Si-Al-O-N的陶瓷材料。Sialon陶瓷保留了的优良性质，如强度、硬度、耐热性等，并且韧性、化学稳定性和抗氧化性均优于。Sialon陶瓷以其优越的力学性能、热学性能和化学稳定性，被认为是最有希望的高温结构陶瓷之一。Sialon陶瓷复合材料作为一种新型材料以其优越的总和性能，现已在冶金、交通运输、化工机械、建材、医学等方面均有广阔的应用前景。（1）用作磨刀和金属切削工具。（2）用做热机或其他热能设备。（3）用于熔融金属挤压模具和盛装、输送部件，高炉内衬，出铁钩、混铁炉内衬，以及包铁水、盛钢桶及滑轮动水口和热交换器构件等设备上。（4）可以制成透明陶瓷，用做大功率高压钠灯管、高温红外测温仪窗口。（5）利用Sialon与生物的良好亲和性，还可以用作人工关节。何谓复合材料？试述复合材料的种类和改进方法。答：复合材料是有两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成。复合材料是多相材料，是由一种材料为羟基，另一种材料为增强体组合而成的材料。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体铝、镁、铜、钛、及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芬纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。分类如下：（1）按基体材料分类，有金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥和混凝土基复合材料、塑料基复合材料、橡胶基复合材料等。（2）按强剂现在可分为粒子、纤维及层状复合材料。（3）依据复合材料的性能可以分为结构复合材料和功能复合材料。（4）按其结构特点可分为：a.纤维复合材料。B.夹层复合材料。C.细粒复合材料。D.混杂复合材料。复合材料的改进：（1）粒子改进，在粒子复合材料的基体中高度分散而阻碍聚合物大分子链的运动或对金属有阻止错位的能力，从而起到强化基体的作用。在陶瓷中，粒子改进技术能提高陶瓷的强度，改改善脆性。（2）纤维增强，以各种金属或非金属作为基体，以各种纤维作为分散质的复合材料。纤维是主要承载成分，起骨架作用；基体起黏结纤维和传递里的作用。其优点是大强度，弹性模量高，耐氧化性强，耐高温。9.何谓生物材料？在生物材料的制备上提出了哪些特殊要求？答：生物材料即仿生材料。这类人工（或天然）材料可单独或与药物一起作用于人体组织或器官，起代替、增强、修复等治疗作用。对生物材料的要求：移植在人体内不会引起急性或慢性危害，必须无毒副作用。接触人体各种体液时，应有良好的耐腐蚀性能，不会在生物体内变质。具具有必要的强度、耐磨性和耐疲劳性能等。材料与生物题组织、于血液有相容性（不会引起血液凝固和溶血）。于软组硬织有良好的黏结性，不会产生吸收物和沉淀物。何谓生物医用瓷？如何分类？答：生物陶瓷是用于人体器官替换、修补及外壳矫形的陶瓷材料。生物医学陶瓷大致可分为惰性生物医学陶瓷和活性生物医学陶瓷两大类，又可细分为一下4类：（1）性生物医学陶瓷，包括氧化铝陶瓷、微晶玻璃等各种碳制品。（2）表面活性玻璃和表面活性生物陶瓷，包括羟基磷灰石陶瓷和表面活性微晶玻璃。（3）生物复合材料，包括陶瓷在金属上的涂层、羟基磷灰石-金属纤维等。（4）吸收性生物陶瓷，包括硫酸钙、磷酸三钠陶瓷。在陶瓷制备技术中，提高陶瓷制品强度及改善脆性的途径有哪些？答：目前，陶瓷制备技术中，要注意提高强度及改善脆性，其途径：（1）制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷。（2）在陶瓷表面引入压应力，可以提高材料的强度。（3）消除表面缺陷，可以有效地提高材料实际强度。（4）复合强化。（5）增韧。简述凝胶注膜成形技术，并画出凝胶注模成型的工艺流程图。答：凝胶注模盛开工艺新技术于20世纪末由美国发明用于陶瓷的制备。刻技术将传统的陶瓷制作工艺结合有机单体聚合生成高分子的方法，利用有机单体聚合将陶瓷粉料悬浮体原位固化，之后经