材料與社會發(fā)展課程復(fù)習(xí)題

1、“材料與社會發(fā)展”課程復(fù)習(xí)題1. 什么是材料？簡述材料分類以及各類材料的基本特性。材料是具有一定性能，可以用來制作器件、構(gòu)件、工具、裝置等物品的物質(zhì)。簡單地說，材料是人類可用來制作有用器件的物質(zhì)。分類：可按材料的使用性能、化學(xué)組成（屬性）、用途（功能特性）、結(jié)晶狀態(tài)、尺寸分類金屬材料：結(jié)合鍵為金屬鍵，常規(guī)方法生產(chǎn)的金屬為晶體結(jié)構(gòu)；金屬在常溫下一般為固體，熔點較高；具有金屬光澤；純金屬范性大，展性、延性也大；強度較高；自由電子的存在，金屬的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好；多數(shù)金屬空氣中易被氧化。無機非金屬材料：硬而脆、韌性低、抗壓不抗拉、對缺陷敏感；熔點較高，具有優(yōu)良的耐高溫、抗氧化性能；導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性較小（自

2、由電子數(shù)目少）；耐化學(xué)腐蝕性好；耐磨損；成型方式為粉末制坯、燒結(jié)成型；化學(xué)鍵主要是離子鍵、共價鍵以及它們的混合鍵。高分子材料：質(zhì)量輕；良好的絕緣性；優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性；成型方法較多；結(jié)合鍵主要為共價鍵，有部分范德華鍵；分子量大，無明顯的熔點，有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、粘流溫度。并有熱塑性和熱固性兩類；力學(xué)狀態(tài)有玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，強度較高。復(fù)合材料：良好的抗疲勞性能；耐燒蝕性和耐高溫性好；結(jié)構(gòu)件減震性能好；具有良好的減磨、耐磨和自潤滑性能；比強度和比模量高。2. 請舉例說明材料工程與材料科學(xué)之間的差別和聯(lián)系？請給出材料科學(xué)研究的五要素圖。材料科學(xué)是研究材料的組織結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、生產(chǎn)流程和使用效能以及它們

3、之間的相互關(guān)系，集物理學(xué)、化學(xué)、冶金學(xué)等于一體的科學(xué)。材料科學(xué)是一門與工程技術(shù)密不可分的應(yīng)用科學(xué)，研究材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能以及它們之間的相互關(guān)系。中國的材料科學(xué)研究水平位居世界前列，有些領(lǐng)域甚至居于世界領(lǐng)先水平。材料工程是研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料的工程領(lǐng)域。其工程碩士學(xué)位授權(quán)單位培養(yǎng)從事新型材料的研究和開發(fā)、材料的制備、材料特性分析和改性、材料的有效利用等方面的高級工程技術(shù)人才。要素：性質(zhì)、合成制備、組成與結(jié)構(gòu)和使用性能。其中，組成與結(jié)構(gòu)是核心要素。同時，前面三者共同支撐“使用性能”。這四者的關(guān)系組成一個正四面體。五要素：成分、合成/制備、組織結(jié)構(gòu)

4、、性質(zhì)和效能。3. 材料在歷史中發(fā)揮重要作用對你印象深刻之處，請舉例說明！材料的發(fā)展與人類進步和發(fā)展息息相關(guān)。一萬年前，人類使用石頭作為日常生活工具，人類進入舊時器時代，人類戰(zhàn)爭也進入了冷兵器時代。7000年前人類在燒制陶器的同時創(chuàng)造了煉銅技術(shù)，青銅制品泛地得到應(yīng)用，同時又促進了人類社會發(fā)展，人類進入了青銅器時代。同時火藥的發(fā)明又使人類戰(zhàn)爭進入了殺傷力更強的熱兵器時代。5000年前人類開始使用鐵，隨著煉鐵技術(shù)的發(fā)展，人類又發(fā)明了煉鋼技術(shù)。十九世紀(jì)中期轉(zhuǎn)爐、平爐煉鋼的發(fā)展使得世界鋼產(chǎn)量迅猛增加，大大促進了機械、鐵路交通的發(fā)展。隨著二十世紀(jì)中期合金鋼的大量使用，人類又進入鋼鐵時代，鋼鐵在人類活動中

5、起著舉足輕重的作用。核材料的發(fā)現(xiàn)，又將人類引入了可以毀滅自己的核軍備競賽，同時核材料的和平利用，又給人類帶來了光明。二十世紀(jì)中后期以來，高分子、陶瓷材料崛起以及復(fù)合材料的發(fā)展，又給人類帶來了新的材料和技術(shù)革命，樓房可以越蓋越高、飛機越飛越快，同時人類進入太空的夢想成為了現(xiàn)實。比如電子組件的演進，從體積非常大的真空管、晶體管進步到集成電路（IC化），不僅為現(xiàn)代的科技另造高峰，同時也使得電器用品趨于小型化、輕巧化、功能強、易于攜帶等種種好處。所以說人類的生活確實是與材料科學(xué)有關(guān)。1982年日本首次研制出了陶瓷發(fā)動機小汽車，引起了世界性轟。因為它的 出現(xiàn)將使發(fā)動機重量減輕，提高燃燒度和節(jié)約燃料的愿望

6、成為現(xiàn)實。1988年前 蘇聯(lián)一架以液氫為燃料的中型運輸機首次試飛成功，象征人類在航空領(lǐng)域中啟 用了無污染的新能源-液氫。液氫的沸點為253，攜儲液氫需要高效率的絕熱材料。液氫發(fā)動機的使用，則意味著低溫極限技術(shù)已達到實用化程度。1989年3 月，日本的一艘6500號潛水調(diào)查船下潛到6500米的深海區(qū)，打破了美國、前蘇聯(lián)和德國的下潛紀(jì)錄。這艘潛水艇耐水艙用的正是一種高強度鈦合金，觀察窗使用的是一種新型的有機玻璃。有了深海探測技術(shù)，人們才可實現(xiàn)對人類資源開發(fā)有不可估量的意義深海資源的開發(fā)。4. 與我們生活密切相關(guān)的交通或日常用品中，哪些是以鋼為主要承力材料的？鋼鐵在歷史中作用顯著，如何在未來發(fā)揮重要

7、作用？建造北京奧運會主體育場“鳥巢”，就是用了大量的鋼材。建材：卷門、輕型鋼、防火門。運輸：汽車內(nèi)、外車身板件、排氣管。家電：冰箱、洗衣機外殼、干衣機外殼。一般：標(biāo)識牌、展示柜，冷凍商品陳列櫥橋梁建筑的鋼材，未來汽車、飛機的發(fā)展都離不開鋼鐵。生活與鋼鐵息息相關(guān)，鋼鐵的發(fā)展關(guān)系到人類的進步。5. 如何評定材料的硬和軟？控制鋼的硬或軟的主要因素是什么？硬度是衡量材料軟硬程度的一個性能指標(biāo)。硬度試驗的方法較多，原理也不相同，測得的硬度值和含義也不完全一樣。最常用的是靜負荷壓入法硬度試驗，即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA，HRB，HRC)、維氏硬度(HV)，其值表示材料表面抵抗堅硬物體壓入的能力。

8、而里氏硬度（HL）、肖氏硬(HS)則屬于回跳法硬度試驗，其值代表金屬彈性變形功的大小。因此，硬度不是一個單純的物理量，而是反映材料的彈性、塑性、強度和韌性等的一種綜合性能指標(biāo)?？刂其摰能洝⒂驳闹饕蛩厥卿摰慕鹣嘟M織和鋼中碳含量、不同合金元素的構(gòu)成與含量。常見的金相組織有鐵素體、奧氏體、馬氏體等，馬氏體相對而言硬一些；含碳量相對高的比含碳量相對低的硬一些；合金元素鎢、鉻等的含量高，相對材料也偏硬一些。6. 我國民間“打鐵”過程一般有幾步？生鐵、熟鐵和鋼有什么區(qū)別，如何從生鐵得到鋼？如何從熟鐵得到鋼？加熱、鍛打、淬火。鐵分為生鐵和熟鐵。熟鐵、鋼和生鐵都是鐵碳合金，以碳的含量多少來區(qū)別。一般含碳量小

9、于0.2%的叫熟鐵或純鐵，含量在0.2-1.7%的叫鋼，含量在1.7%以上的叫生鐵。熟鐵軟，塑性好，容易變形，強度和硬度均較低，用途不廣；生鐵含碳很多，硬而脆，幾乎沒有塑性；鋼具有生鐵和熟鐵兩種優(yōu)點，為人類廣泛利用。通過在高溫條件下，讓生鐵里面的過量的碳元素與氧氣反應(yīng)消耗掉。7. 古代鑄造青銅器的主要步驟有哪幾步？何為青銅器時代和鐵器時代，是如何定義的？制模制范澆注修整。（塊范法，失蠟法）青銅時代：青銅時代（或稱青銅器時代或青銅文明）在考古學(xué)上是以使用青銅器為標(biāo)志的人類文化發(fā)展的一個階段。鐵器時代：是繼青銅時代之后的又一個時代，它以能夠冶鐵和制造鐵器為標(biāo)志。在歷史上，人們將石器、青銅器、鐵器等

10、當(dāng)時的主導(dǎo)材料作為時代的標(biāo)志，稱其為石器時代、青銅器時代和鐵器時代。8. 鋁合金可以分為哪兩大類？什么樣的熱處理工藝可以提高鋁合金的強度？ 變形鋁合金和鑄造鋁合金；固溶處理、時效處理、淬火(詳見打印資料)9. 目前大多數(shù)汽車輪轂采用的材料是什么？現(xiàn)在大部分車都采用鋁合金輪轂10. 什么叫粉末冶金？粉末冶金有什么特點？粉末燒結(jié)鋼有什么特點？粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。特點：粉末冶金具有獨特的化學(xué)組成和機械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運用粉末冶金技術(shù)可以直接制

11、成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導(dǎo)桿、刀具等，是一種少無切削工藝。（1）粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料（如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等）具有重要的作用。（2）可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。（3）可以容易地實現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷

12、復(fù)合材料的工藝技術(shù)。（4）可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。（5）可以實現(xiàn)近凈形成形和自動化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。（6）可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。我們常見的機加工刀具，五金磨具，很多就是粉末冶金技術(shù)制造的。粉末燒結(jié)鋼的特點：強度一般為0.7GPa左右，硬度和耐磨性均優(yōu)于燒結(jié)鐵。通過熱處理和表面硬化處理可以進一步提高其力學(xué)性能。11. 請簡要闡述熱處理過程數(shù)值模擬技術(shù)的優(yōu)勢和難點？難點：缺

13、乏模擬所需的材料參數(shù),即可靠的材料性能和邊界條件數(shù)據(jù)。模型不是“萬能的通用的”淬火過程的模型不能用于加熱過程。理論基礎(chǔ)、可靠數(shù)據(jù)、模擬工具和驗證技術(shù)是材料熱過程模擬的主要障礙。如何在保證熱處理零部件的變形均一性的同時實現(xiàn)性能的設(shè)計要求，是難題。12. 闡述鈦合金的性質(zhì)及特點（三項以上）？鈦合金分類和組織結(jié)構(gòu)特點？舉例穩(wěn)定元素、穩(wěn)定元素和中性元素（一個即可）。密度小，比強度高，耐高溫，耐腐蝕，生物相容。分類：鈦合金 它是相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實際應(yīng)用溫度下，均是相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強。在500600的溫度下，仍保持其強度和抗蠕變性能，但不能進行

14、熱處理強化，室溫強度不高。鈦合金 它是相固溶體組成的單相合金， 未熱處理即具有較高的強度，淬火、時效后合金得到進一步強化，室溫強度可達13721666 MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。+鈦合金 它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進行熱壓力加工，能進行淬火、時效使合金強化。熱處理后的強度約比退火狀態(tài)提高50%100%；高溫強度高，可在400500的溫度下長期工作，其熱穩(wěn)定性次于鈦合金。穩(wěn)定元素：鋁 ；穩(wěn)定元素：鉬、釩； 中性元素：錫、鋯13. 為什么要推進汽車輕量化？如何實現(xiàn)？材料如何選擇？為什么：汽車輕量化技術(shù)是有效降低油耗、減

15、少排放和提升安全性的重要技術(shù)措施之一。汽車輕量化對汽車節(jié)油、降低排放、改善性能、汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展都具有重要意義，是現(xiàn)代汽車工業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向。途徑：汽車主流規(guī)格車型持續(xù)優(yōu)化，規(guī)格主參數(shù)尺寸保留的前提下，提升整車結(jié)構(gòu)強度，降低耗材用量；采用輕質(zhì)材料。如鋁、鎂、陶瓷、塑料、玻璃纖維或碳纖維復(fù)合材料等；采用計算機進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。如采用有限元分析、局部加強設(shè)計等；采用承載式車身，減薄車身板料厚度等。其中，當(dāng)前的主要汽車輕量化措施主要是采用輕質(zhì)材料。材料選擇：汽車輕量化的主要材料有碳纖維、鋁合金、鎂合金、鈦合金、工程塑料、復(fù)合材料和高強度鋼等，主要用來改造和替代車身材料。14. 高分子材料是近代科學(xué)技術(shù)發(fā)

16、展形成的新專業(yè)，在中國僅僅只有30年左右的歷史，它是材料這個傳統(tǒng)的大學(xué)科中一片新領(lǐng)域，它主要包括七個方面，請列舉。塑料，橡膠，合成纖維，涂料，膠黏劑，高分子樹脂復(fù)合材料，功能高分子材料15. 高分子材料在我國軍工包括航天、航空、兵器、艦艇、核能等方面發(fā)揮重要的作用，請列舉一件高分子材料在軍工上應(yīng)用實例。樹脂基復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合性能，制備工藝容易實現(xiàn)，原料豐富。在航空工業(yè)中，樹脂基復(fù)合材料用于制造飛機機翼、機身、鴨翼、平尾和發(fā)動機外涵道；在航天領(lǐng)域，樹脂基復(fù)合材料不僅是方向舵、雷達、進氣道的重要材料，而且可以制造固體火箭發(fā)動機燃燒室的絕熱殼體，也可用作發(fā)動機噴管的燒蝕防熱材料。近年來研制的新

17、型氰酸樹脂復(fù)合材料具有耐濕性強，微波介電性能佳，尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點，廣泛用于制作宇航結(jié)構(gòu)件、飛機的主次承力結(jié)構(gòu)件和雷達天線罩?；鸺鈿け韺硬捎玫母叻肿硬牧?短期耐 6 000甚至 10 000以上高溫), 在軍艦生產(chǎn)上使用的玻璃鋼,人造衛(wèi)星和宇宙飛船上使用的高分子燒蝕材料,飛機制造中代替金屬使用的高分子材料,密封膩子等等,都是各種新型的高分子材料16. 論述光電高分子的應(yīng)用前景？太陽能電池是太陽能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心，是一種利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?。用適當(dāng)?shù)墓庹赵谏厦嬷?，器件兩端會產(chǎn)生電動勢。傳統(tǒng)硅太陽能電池成本昂貴、工藝復(fù)雜、材料要求苛刻，而有機太陽能電池，具有潛在的低成本、

18、輕重量和分子水平的可設(shè)計性的特點。聚合物太陽能電池一般由共軛聚合物給體和富勒烯衍生物受體的共混膜夾在ITO透明正極和金屬負極之間所組成，具有結(jié)構(gòu)和制備過程簡單、成本低、重量輕、可制備成柔性的器件等突出優(yōu)點。近年來成為國內(nèi)外研究熱點。OLED是有機發(fā)光二極管，是指有機半導(dǎo)體材料和發(fā)光材料在電場驅(qū)動下，通過載流子注入和復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的現(xiàn)象。其原理是用ITO透明電極和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極，在一定電壓驅(qū)動下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，電子和空穴分別經(jīng)過電子和空穴傳輸層遷移到發(fā)光層，并在發(fā)光層中相遇，形成激子并使發(fā)光分子激發(fā)，后者經(jīng)過輻射弛豫而發(fā)出可見光。作為平板顯示器

19、件，OLED與使用最普遍的LCD相比，擁有面板薄、對比度高、響應(yīng)速度快、功耗低、視角寬、重量輕等，尤其值得一提的優(yōu)勢更在于OLED屏可以彎曲、折疊、甚至可以像一張紙一樣掛在墻上，放在口袋里，以至鑲嵌在衣服里，不用時是衣服的一部分，需要時則可顯示必要的信息。未來光電轉(zhuǎn)換高分子材料的研究還應(yīng)致力于在應(yīng)用的進一步成熟，解決目前此種材料在應(yīng)用中的軟肋。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，未來光電高分子材料會廣泛應(yīng)用17. 智能材料的三要素是什么？人工合成自愈合材料的作用機制可以是哪些？感知、反饋、響應(yīng)。1.分子互擴散導(dǎo)致的自愈合2. 由光引發(fā)的自愈合3.通過形成可逆鍵的自愈合4.活性聚合導(dǎo)致的自愈合5納米粒子自愈合.

20、6. 金屬基自愈復(fù)合材料7. 混合磨損自愈材料18. 什么是生物醫(yī)用材料？什么材料可作為生物醫(yī)用材料？什么是組織工程技術(shù)？生物醫(yī)學(xué)材料指的是一類具有特殊性能、特種功能，用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷、治療疾患，而對人體組織不會產(chǎn)生不良影響的材料。組織工程技術(shù)是應(yīng)用生命科學(xué)與工程學(xué)的原理與技術(shù)，在正確認(rèn)識哺乳動物的正常及病理兩種狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究、開發(fā)用于修復(fù)、維護、促進人體各種組織或器官損傷后的功能和形態(tài)的生物替代物的一門新興學(xué)科。組織工程研究主要包括四個方面：種子細胞、生物材料、構(gòu)建組織和器官的方法和技術(shù)以及組織工程的臨床應(yīng)用。目前臨床上常用的組織修復(fù)途徑大致有

21、3種：即自體組織移植、異體組織移植或應(yīng)用人工代用品。19. 舉例論述功能晶體材料在社會發(fā)展中起什么作用。1.光學(xué)晶體：主要用于光學(xué)儀器的透過窗口、棱鏡、透鏡、濾光和偏元件及相位補償鏡等2. 非線性光學(xué)晶體：其重要應(yīng)用之一是激光頻率轉(zhuǎn)換晶體，用于紅寶石激光器、可調(diào)諧激光器、半導(dǎo)體激光器。3. 如用于導(dǎo)彈紅外制導(dǎo)頭的多元紅外探測器器件材料碲鎘汞、紅外探測藍寶石窗口，精確制導(dǎo)的激光晶體材料紅寶石和銣釔鋁石榴石、紅外接收系統(tǒng)中的關(guān)鍵材料碲鎘汞、電子吊艙中的砷化鎵材料和空一空導(dǎo)彈整流罩材料多晶硫化鋅等。20. 舉例論述不同功能晶體材料的功能之間的相互關(guān)系和相互轉(zhuǎn)化。21. 例舉五種以上太陽電池的名稱。闡

22、述太陽電池的工作原理。類太陽電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心。從產(chǎn)生技術(shù)的成熟度來區(qū)分，太陽電池可分為以下幾個階段：第一代太陽電池：晶體硅電池；第二代太陽電池：各種薄膜電池。包括非晶硅薄膜電池（a-Si）、碲化鎘太陽電池（CdTe）、銅銦鎵硒太陽電池（CIGS）、砷化鎵太陽電池、納米二氧化鈦染料敏化太陽電池等；第三代太陽電池：各種超疊層太陽電池、熱光伏電池（TPV）、量子阱及量子點超晶格太陽電池、中間帶太陽電池、上轉(zhuǎn)換太陽電池、下轉(zhuǎn)換太陽電池、熱載流子太陽電池、碰撞離化太陽電池等新概念太陽電池。按電池結(jié)構(gòu)劃分，太陽電池可分為晶體硅太陽電池和薄膜太陽電池。按照使用的基本材料不同，太陽電池可分為硅太陽電池

23、、化合物太陽電池、染料敏化電池和有機薄膜電池幾種。太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)內(nèi)建電場的作用下，光生空穴流向p區(qū)，光生電子流向n區(qū)，接通電路后就產(chǎn)生電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。22. 什么是信息、信息技術(shù)及信息材料？信息材料有哪些類型？信息：是人類的一切生存活動和自然存在所傳達出來的信號和消息。它一般泛指我們所說的消息、情報、指令、數(shù)據(jù)及信號等周圍環(huán)境的知識。信息技術(shù)：是指信息的獲取、處理、傳輸、存儲和顯示的技術(shù)，即人們對信息的獲取、處理和應(yīng)用的能力。信息材料：指用于信息的獲取、存儲、處理、傳輸和顯示的微電子材料和光電子材料，是信息技術(shù)基礎(chǔ)的先導(dǎo)。23. 結(jié)合具體事例，說明材料對信息技術(shù)、能源技術(shù)發(fā)展的推動作用。1906年佛萊斯特發(fā)明了電子管，才有了無線電廣播、電子計算機的出現(xiàn)，但只是到了1948年貝爾實驗室的巴丁，肖克利，布拉頓發(fā)明了半導(dǎo)體晶體管以后，才逐步地實現(xiàn)了電子設(shè)備的小型化、輕量化、節(jié)能化，以及成本的降低、可靠性的提高與壽命的延長。