材料科學(xué)前沿考試重點(diǎn)歸納總結(jié)

一、張佐光一一復(fù)合材料1、復(fù)合材料以及先進(jìn)復(fù)合材料的定義復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合成的一種新的固體材料。先進(jìn)復(fù)合材料專指可用于主承力結(jié)構(gòu)或次承力結(jié)構(gòu)、其剛度和強(qiáng)度性能相當(dāng)于或超過鋁合金的復(fù)合材料。主要為高性能纖維（硼纖維、碳纖維、芳綸等）增強(qiáng)的樹脂基復(fù)合材料從技術(shù)成熟程度與應(yīng)用范圍看，碳纖維復(fù)合材料，尤其是碳纖維樹脂基復(fù)合材料最為突出。2、復(fù)合材料的分類按照用途可以分為：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：主要用作主承力、次承力結(jié)構(gòu)，要求質(zhì)量輕、強(qiáng)度和剛度高。且能耐受一定溫度，有時(shí)還要求膨脹系數(shù)、絕熱、耐介質(zhì)腐蝕性能等.功能復(fù)合材料:除力學(xué)性能以外，還提供電、磁、光、熱、聲、機(jī)械（阻尼、摩擦）等物理性能的復(fù)合材料，由功能體和基體組成。按照基體不同可分為：樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、C/C復(fù)合材料3、復(fù)合材料的特點(diǎn)與優(yōu)勢是什么？為什么在航空航天領(lǐng)域得到了大力應(yīng)用？六大特點(diǎn)：質(zhì)輕高強(qiáng)、可設(shè)計(jì)、抗疲勞和損傷、耐腐蝕、整體成型、結(jié)構(gòu)/功能一體化4、復(fù)合材料技術(shù)的關(guān)鍵是什么？材料是基礎(chǔ)：增強(qiáng)纖維（CF、GF、KF）樹脂體系（環(huán)氧、雙馬來酰亞胺）材料的高性能化、多功能化、纖維與樹脂的匹配是關(guān)鍵制造是關(guān)鍵：自動(dòng)鋪帶、自動(dòng)鋪絲、共固化/共膠接技術(shù)自動(dòng)化與低成本是關(guān)鍵設(shè)計(jì)為先導(dǎo)：設(shè)計(jì)理念與驗(yàn)證方法是關(guān)鍵評價(jià)是保障：無損檢測精細(xì)檢測與可靠性分析是關(guān)鍵5、碳納米管的性質(zhì)與應(yīng)用結(jié)構(gòu)與性能：楊氏模量高，拉伸強(qiáng)度高，密度小，高導(dǎo)電，高導(dǎo)熱，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好。應(yīng)用：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，納米探針，場發(fā)射，轉(zhuǎn)換器，邏輯門，電路開關(guān)，電極，貯氫材料6、碳納米纖維與碳納米管纖維的區(qū)別碳納米纖維（carbonnanofiber）是合成纖維，成分是極普通的尼龍，將普通的尼龍纖維制成直徑數(shù)十nm的超細(xì)纖維之后，產(chǎn)生了幾乎與棉纖維相同的吸濕性能。因?yàn)樗袠O大的比表面積，在成型的網(wǎng)氈上有很多微孔，因此有很強(qiáng)的吸附力以及良好的過濾性、阻隔性、粘合性和保溫性。由于無機(jī)納米纖維的獨(dú)特性能，他可以用于制作納米尺度電子元件，也可以用做儲(chǔ)氫材料以及在水中吸附有機(jī)溶質(zhì)的材料。碳納米管纖維：碳納米管沿著一定方向有序排列形成的宏觀紗線。7、碳納米管的發(fā)展路線具有極高強(qiáng)度的碳納米管材料，兼具高強(qiáng)以及好的塑性一低成本制造單壁碳納米管材料（應(yīng)用于電子器械）--表面功能化一多功能應(yīng)用（結(jié)構(gòu)/電子結(jié)構(gòu)/熱熱脹涂層）---碳納米管復(fù)合材料（與環(huán)氧樹脂、尼龍、乙烯進(jìn)行復(fù)合應(yīng)用）

8、復(fù)合材料制造工藝的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)成型與材料成型同時(shí)完成成型工藝含兩個(gè)過程一成形（賦予構(gòu)件形狀，物理變化流動(dòng)浸潤與化學(xué)變化粘流、密實(shí)）與固化（固定構(gòu)件形狀，化學(xué)固化反應(yīng)）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)整體成型：采用共固化和共膠接技術(shù)，可大量減少零件、緊固件數(shù)目，提高減重效率。不過這樣對工藝方法和工藝參數(shù)控制提出更高要求。9、復(fù)合材料制造技術(shù)發(fā)展趨勢液體成型復(fù)合材料技術(shù):LCM技術(shù)包括樹脂傳遞模塑（RTM）樹脂傳遞滲透工藝（RFI）真空輔助RTM（VARTM）真空輔助樹脂熔塑成型"人^），1（^是最重要的低成本工藝方法。LCM是指在一定溫度以及壓力下把低粘度的樹脂注入預(yù)先置有增強(qiáng)纖維的模具中，然后固化成型的一種復(fù)合材料成型方法?？梢越档驮O(shè)備成本和能耗，便于干凈尺寸零件成型。自動(dòng)化制造技術(shù)：實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件制造的必要前提，包括自動(dòng)下料、激光定位、自動(dòng)鋪放、自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)化無損檢測、自動(dòng)化裝配大面積整體成型技術(shù):大量減少零件、緊固件的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到制造一體化成形的相關(guān)技術(shù)。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)大面積整體成形在滿足結(jié)構(gòu)總體性能要求的前提下，可以進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)重量，降低成本，特別是制造成本。以飛機(jī)制造的整體化成形為例：減少零件數(shù)目和連接件數(shù)目；易于實(shí)現(xiàn)翼身融合體布局；增加機(jī)體表面光滑完整程度；避免鉆孔，減少構(gòu)件加工損傷。非熱壓罐成型技術(shù):采用真空袋工藝制備預(yù)浸料復(fù)合材料，預(yù)浸料制備與孔隙控制技術(shù)是關(guān)鍵。數(shù)字化制造技術(shù)：控制制造質(zhì)量提高穩(wěn)定性，降低制造成本，縮短研制周期二、張躍特種、結(jié)構(gòu)、功能陶瓷及制備過程二、張躍特種、結(jié)構(gòu)、功能陶瓷及制備過程1、什么是陶瓷材料？什么是特種陶瓷？陶瓷材料是指以無機(jī)非金屬天然礦物或化工產(chǎn)品為原料，經(jīng)原料處理、成型、干燥、燒成等工序制成的產(chǎn)品。特種陶瓷：主要以高純化工試劑為原料2、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷優(yōu)點(diǎn)有哪些？陶瓷材料存在問題是什么，應(yīng)該如何改進(jìn)？答：優(yōu)點(diǎn)：①在1000c以上，較高溫合金具有密度低、比強(qiáng)度高、優(yōu)異的耐高溫、耐高溫腐蝕性能。②高溫使用環(huán)境條件下，不需要冷卻系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒消耗減少17%?40%。③適用多種燃料，節(jié)省能源、金屬資源。存在問題及改進(jìn)方法：①脆性大、塑韌性低：陶瓷材料幾乎沒有塑性，難以通過塑性變形阻止裂紋擴(kuò)展。加強(qiáng)陶瓷韌化的基礎(chǔ)，通過新的韌化途徑（例如，利用納米晶等）進(jìn)一步大幅度提高陶瓷材料的韌性；用在十分嚴(yán)酷的工況條件下（如1000℃以上超高溫，高溫?zé)o潤滑，高溫帶腐蝕，強(qiáng)烈腐蝕磨損），注意避免沖擊碰撞和大的拉應(yīng)力。②成本高：先進(jìn)陶瓷首先對原料粉末提出了苛刻的要求，如要求高純、超細(xì)（粉體粒度在1mm以下）甚至納米粉料。制造工藝復(fù)雜，制造成本較高。低成本高性能原料制備技術(shù)、低成本成型與燒結(jié)技術(shù)是高溫結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)。③陶瓷強(qiáng)度設(shè)計(jì)與陶瓷材料的合理使用：與金屬材料相比，陶瓷材料強(qiáng)度特別是高溫強(qiáng)度并不差，但塑韌性很低，抗拉強(qiáng)度大大低于抗壓強(qiáng)度。另一方面陶瓷加工性能很差，除精細(xì)的磨加工外，其它形式的機(jī)械加工難以進(jìn)行，且成本很高。把陶瓷材料應(yīng)用于很軟的應(yīng)力狀態(tài)，即在該應(yīng)力狀態(tài)下材料內(nèi)部的拉應(yīng)力分量很小，壓應(yīng)力或剪應(yīng)力分量可以很大，這是陶瓷材料開展產(chǎn)品設(shè)計(jì)和服役要考慮的問題。3、氧化物陶瓷的優(yōu)點(diǎn)有哪些？答：①原子結(jié)合以離子鍵為主，存在部分共價(jià)鍵，高強(qiáng)度，耐磨損；②熔點(diǎn)較高，高于Sio2,耐高溫;③良好的電絕緣性能；④優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性。例如：A12O3陶瓷與大多數(shù)熔融金屬不發(fā)生反應(yīng)，并且具有高硬度和優(yōu)異的耐磨性；ZrO2陶瓷力學(xué)性能好（相變增韌），熱傳導(dǎo)系數(shù)小，隔熱效果好，熱膨脹系數(shù)較大，易與金屬部件匹配。4、陶瓷的制備過程：a、粉體：高純度，相組成（a、0氮化硅），顆粒尺寸、顆粒形態(tài)、粒徑分布、比表面積均有影響（燒結(jié)角度講，粒度越小越好，超細(xì)粉容易團(tuán)聚，成型性能不好；不同成型方法，對粒度要求不同；較寬的粒度分布及雙峰分布有利于成型堆積密度的提高，不利于燒結(jié)以及結(jié)構(gòu)與性能）6成型：將陶瓷粉體制備成一定形狀的素坯，密度高均勻性好的成形體是獲得優(yōu)質(zhì)陶瓷的關(guān)鍵，希望近凈尺寸成形。方法有干壓成形、膠體成形等。c、燒結(jié)：方法有常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、電弧等離子放電燒結(jié)等等5、有機(jī)前驅(qū)體裂解陶瓷采用有機(jī)硅為原料，通過高溫裂解無機(jī)化制備無機(jī)陶瓷材料。特點(diǎn)：利用有機(jī)-無機(jī)轉(zhuǎn)化的活化作用在較低溫度獲得高共價(jià)鍵材料；在有機(jī)分子合成過程設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)，能夠獲得其他方法無法獲得的材料體系，如SiCO,SiCN等；能夠獲得高均勻性高共價(jià)鍵非晶體，高溫穩(wěn)定性好（SiBCN，2200℃）；有機(jī)前軀體易紡絲、易液態(tài)成型陶瓷化過程的主要問題：放出氣體；產(chǎn)生較大的體積收縮（20-30%線收縮）；裂紋與氣孔；只能獲得小尺度（幾百微米）致密體（纖維、涂層、泡沫體）解決途徑：多次浸漬---裂解，填料性質(zhì)：可達(dá)到的室溫電阻率幅度大，高溫抗氧化，抗化學(xué)腐蝕性，高強(qiáng)高模三、于榮海一一能源材料及納米材料1、燃料電池的工作原理：燃料電池是一種把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氫氣的燃燒反應(yīng)。它與一般電不同之處在于燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是起催化轉(zhuǎn)換作用。所需燃料（氫或通過甲烷、天然氣、煤氣、甲醇、乙醇、汽油等石化燃料或生物能源重整制?。┖脱酰ɑ蚩諝猓┎粩嘤赏饨巛斎?。質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理主要是利用氫氣進(jìn)入電池組，經(jīng)由擴(kuò)散層，與觸媒層中的觸媒作用后，氧化為氫離子（質(zhì)子）并釋放出電子，同時(shí)在陰極與氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電位差發(fā)電。下列為陰極、陽極反應(yīng)及總反應(yīng)：陽極（電池負(fù)極）半反應(yīng)：H2f2H++2e-陰極（電池正極）半反應(yīng)：2H++%O2+2e--H2O總反應(yīng)：H2+%02TH20AE=1.229V（latm、25℃）2、試述染料敏化材料的光伏作用：光敏染料電池，聚合物多層修飾電極型太陽能電池。它是基于由光敏電極和電解質(zhì)構(gòu)成的半導(dǎo)體，是一個(gè)電氣化學(xué)系統(tǒng)。DSSC的工作原理是由染料做為吸光材料，染料中價(jià)電層電子受光激發(fā)，要升至高能階層，進(jìn)而傳導(dǎo)至納米二氧化鈦半導(dǎo)體的導(dǎo)電層，在經(jīng)由電極引至外部。失去電子的染料則經(jīng)由電池中電解質(zhì)得到電子，電解質(zhì)是由I/I3+溶于有機(jī)溶劑中形成。DSSC工作原理：⑴染料分子受太陽光照射后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)；⑵處于激發(fā)態(tài)的染料分子將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中；⑶電子擴(kuò)散至導(dǎo)電基底，后流入外電路中；⑷處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生；⑸氧化態(tài)的電解質(zhì)在對電極接受電子后被還原，從而完成一個(gè)循環(huán)。3、簡述鎳氫電池的工作原理：-）MH|KOH|NiOOH（+儲(chǔ)氫充電電池原理正極： NiOOH-+H20+eoNi（H0）2+OH-（正向放電，反向充電）負(fù)極： MH+OH-oM+H2O+e（正向放電，反向充電）電池反應(yīng)：MH+NiooHoNi（HO）2+M（正向放電，反向充電）M:貯氫金屬材料MH：金屬氫化物電解液KOH起導(dǎo)電作用4、解釋磁記錄單元的體積局限性：多個(gè)磁顆粒（約100個(gè)左右）組成一個(gè)記錄單元來記錄1bit的信息——0或者1。當(dāng)磁顆粒的體積太小的時(shí)候，能影響其磁滯的因素就不僅僅是外部磁場了，些許的熱量就會(huì)影響磁顆粒的磁滯，從而導(dǎo)致磁記錄設(shè)備上的數(shù)據(jù)丟失，這種現(xiàn)象就是“超順磁效應(yīng)”。微觀粒子具有穿越勢壘的能力，稱為量子隧道效應(yīng)。宏觀磁學(xué)量如磁化強(qiáng)度，磁通量等也具有隧道效應(yīng)，這就是宏觀量子隧道效應(yīng)。它限定了磁存儲(chǔ)信息的時(shí)間極限和微電子器件的尺寸局限。四、沙江波一一金屬間化合物及各種高溫結(jié)構(gòu)合金1、航空器發(fā)展對材料的要求？航空飛行器的工作條件十分復(fù)雜，就飛機(jī)而言，軍用飛機(jī)要求提高機(jī)動(dòng)性、近距格斗和全天候作戰(zhàn)的能力；民用飛機(jī)則要求安全性、可靠性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性，相應(yīng)地要求發(fā)展大推比和長壽命的發(fā)動(dòng)機(jī)以及先進(jìn)的火控電子設(shè)備和儀表系統(tǒng)；所以對航空材料的主要要求是耐高溫、高比強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕、長壽命和低成本。2、航天器對材料的要求航空航天材料處于極端苛刻的服役環(huán)境：超高溫、超低溫、高真空、高應(yīng)力、強(qiáng)腐蝕、射線輻照、原子氧、粒子云、隕石。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)一損傷容限設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)選材時(shí)的決定因素：壽命期成本、比強(qiáng)度、疲勞壽命、斷裂韌性、儲(chǔ)存期及可靠性、可維修性。結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的關(guān)鍵：輕質(zhì)高強(qiáng)和高溫耐蝕功能材料發(fā)展的關(guān)鍵：高性能，智能化3、航空飛行器使用的材料機(jī)體材料：大量采用高比強(qiáng)度和高比模量的輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模材料一一提高飛機(jī)的結(jié)構(gòu)效率，降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量系數(shù);樹脂基復(fù)合材料和鈦合金用量增加;傳統(tǒng)鋁合金和鋼材的用量減少。發(fā)動(dòng)機(jī)材料：1、某些部件必須采用輕質(zhì)超高溫材料2、大量采用高溫、輕質(zhì)、高比強(qiáng)/高比模材料3、需要大量各類鈦合金4、材料抗氧化能力要求更高5、密封、隔熱、潤滑、軸承要求更高機(jī)載設(shè)備材料：1、缺陷密度極低2、針對不同用途對其物理性能（光、聲、電、磁、熱）要求高3、加工、成形、聯(lián)結(jié)、涂覆技術(shù)不能對材料物理性能和裝備功能產(chǎn)生有害影響。4、什么是金屬間化合物，金屬間化合物的特點(diǎn)是什么？指兩種金屬或金屬與類金屬組成的具有整數(shù)化學(xué)計(jì)量比的化合物。類金屬：H、B、N、S、P、C、Si。性質(zhì)：或多或少與普通化合物有區(qū)別。特點(diǎn)：密度低、屈服強(qiáng)度隨溫度升高而提高、比剛度高；熔點(diǎn)高、高溫強(qiáng)度好以及抗氧化性能優(yōu)良等。5、金屬間化合物分為哪幾類，各自的特點(diǎn)是什么？答：分類及特點(diǎn)：①正常價(jià)化合物：化學(xué)電負(fù)性較大的金屬元素與類金屬元素組成；符合一般化合物原子價(jià)規(guī)律。鍵特點(diǎn)：電子轉(zhuǎn)移和共用電子對。符合Hume-Rothery法則（價(jià)電子濃度決定晶體結(jié)構(gòu)），a.金屬傾向與IVB,VB,VIB族元素形成化合物,b.金屬正電性越強(qiáng),B族負(fù)電性越強(qiáng)，越易形成，越穩(wěn)定。②電子化合物：a.不符合原子價(jià)規(guī)則，成分不確定,b.結(jié)構(gòu)由電子濃度決定，具有超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),c.原子間結(jié)合鍵主要是金屬鍵。③間隙化合物：由原子半徑較大的過渡族金屬元素和原子半徑較小的C、N、B等元素組成；高熔點(diǎn)；高硬度。④復(fù)雜化合物：更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物——滲碳體及碳化物（Fe3C，Cr23c6）。6、金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料脆性原因？其韌化方法有哪些？答：脆性原因：①結(jié)構(gòu)特性：電負(fù)性、鍵取向、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性②滑移特征：獨(dú)立滑移系，交滑移，滑移均勻性，加工硬化率（穿晶解理斷裂）③晶界特征：雜質(zhì)偏聚④環(huán)境影響：氫脆⑤應(yīng)力狀態(tài)：缺口敏感性。韌化方法：①偏離化學(xué)計(jì)量比②合金化：微合金化法、宏合金化③改變晶粒形態(tài)：細(xì)化晶粒、擇優(yōu)取向④微結(jié)構(gòu)控制：組織優(yōu)化。合金化：微合金化法：通常加入小于1%Wt以下元素如B、C、Hf、Ce、Mn等，不使晶格類型、變形模式變化，改變晶界結(jié)構(gòu)，不析出有害相，抑制雜質(zhì)影響，提高結(jié)合強(qiáng)度。例如：面心立方的Ni3Al合金中加入微量B，因其偏聚于晶界，抑制晶界雜質(zhì)P、S、O、H等在晶界偏聚，從而改善晶界脆性，改變晶界原子排列，促使晶粒間位錯(cuò)傳播，降低晶界應(yīng)力集中，使強(qiáng)度和塑性得到明顯提高。玄合金化：通常添加1%以上的合金元素元素:改變晶體結(jié)構(gòu)；改變滑移特征；形成韌性第二相；強(qiáng)化晶界。制備多相合金：通過向脆性金屬間化合物基體中引人塑性第二相來達(dá)到韌化基體的目的，即形成韌/脆多相結(jié)構(gòu)。改進(jìn)制備工藝（更加重要）定向凝固、機(jī)械合金化、熱壓或熱等靜壓、微晶涂層改變晶粒形態(tài)：細(xì)化晶粒、擇優(yōu)取向微結(jié)構(gòu)控制：組織優(yōu)化。7、Ti3Al（a2）基合金是唯一進(jìn)入成熟應(yīng)用研究階段的金屬間化合物，二元Ti3Al合金的缺點(diǎn)有哪些，其發(fā)展思路是什么？答：缺點(diǎn)：①室溫?cái)嗔秧g性較低；②室溫沖擊韌性只有普通Ti合金的十分之一左右（這是設(shè)計(jì)應(yīng)用部門擔(dān)心的問題之一）；③0相合金的抗氧化問題。高Nb合金抗氧化性差。發(fā)展思路：在Ti-Al-Nb的基礎(chǔ)上，通過添加P相穩(wěn)定元素（如Nb和Mo），增加塑性的第二相，使Ti3Al基合金的室溫塑性和加工性能得到改善。8、Ti3Al（a2）基合金中加入0相穩(wěn)定元素的目的是什么？不同0相穩(wěn)定元素含量分別對應(yīng)什么相組成？答：通過添加P相穩(wěn)定元素（如Nb和Mo），增加塑性的第二相，使Ti3Al基合金的室溫塑性和加工性能得到改善。①第一代P穩(wěn)定元素含量在10%?14%,顯微組織為a2（DO19）+P；②0穩(wěn)定元素含量在14%?17%之間，該合金具有更高的拉伸強(qiáng)度和蠕變抗力，顯微組織取決于熱處理，主要為a2、0和0相（第一代0相合金）O相（基于Ti2AlNb,正交結(jié)構(gòu)，可看作a2的畸變結(jié)構(gòu)；③0穩(wěn)定元素含量在23%以上，如GE公司研制的Ti-24.5Al-23.5Nb和Ti-22Al-27Nb合金，顯微組織為O+0,這類以O(shè)相為基的合金比%合金和超%合金有更高的高溫屈服強(qiáng)度、蠕變抗力和斷裂韌性，已經(jīng)成為近期研究的重點(diǎn)（第二代O相合金）。9、NiAl金屬間化合物的主要問題以及改善措施？主要問題是室溫塑性和韌性差，高溫強(qiáng)度不足。微合金化：主要元素有Fe,Ga,Mo,B和La等，加入量一般小于1%（摩爾分?jǐn)?shù)），可提高NiAl的室溫塑性，增加晶界結(jié)合力和協(xié)調(diào)變形；固溶元素：主要有Fe,Co,還有Cu和Mn。添加大量的Fe和Co使固溶度提高；偽共晶元素：Cr,Mo,還有V,W等，從而形成0+y或0+（y+y/）共晶組織，同時(shí)塑性相y+y/能提高合金室溫塑性提高室溫韌性；沉淀相形成元素：主要有Hf和Zr,還有Y,Sc,Ti,V,Nb,La和Ta等，以提高高溫強(qiáng)度，但同時(shí)會(huì)引起塑韌性的下降。10、Ni3Al金屬間化合物的特點(diǎn)以及改善措施？特點(diǎn)：高熔點(diǎn)、高抗高溫氧化、耐腐蝕、較高的高溫強(qiáng)度和蠕變抗力以及高的比強(qiáng)度，有反常溫度關(guān)系問題：單晶體Ni3Al具有較高的塑性，但多晶體Ni3Al呈脆性，且多晶Ni3Al以脆性晶間斷裂模式失效，為本征脆性。高溫下Ni3Al合金在含氧空氣中易產(chǎn)生環(huán)境脆性。760c空氣試驗(yàn)表明,該合金呈晶間斷裂。改善：1、B的強(qiáng)韌化作用：原因：富Al晶界結(jié)合能低，晶界強(qiáng)度低，沿晶脆斷，富Ni相反，富Ni晶界具有高強(qiáng)度，具有抵抗沿晶斷裂的能力。作用機(jī)理：B偏聚在晶界上，使晶界進(jìn)一步富Ni,強(qiáng)化晶界，改善位錯(cuò)滑移性，阻止H沿晶界擴(kuò)散產(chǎn)生的環(huán)境脆性，改善室溫塑性和綜合性能。B可以改善NI3AL的環(huán)境敏感性。2、Zr對Ni3Al的強(qiáng)韌化作用：大于600°C時(shí)，B對塑性無作用，Zr對室溫至850°C之間的塑性均有改善。Zr偏聚在晶界上，使晶界貧化Al，富化Ni，強(qiáng)化晶界，阻止裂紋擴(kuò)展，誘發(fā)相鄰晶內(nèi)位錯(cuò)開動(dòng)，改善高溫塑性和綜合性能。Zr不能改善其環(huán)境敏感性。11、Co合金的研究過程：傳統(tǒng)Co基高溫合金：主要的相組成：面心立方的奧氏體基體Y和一種或多種碳化物相，其中碳化物相為主要強(qiáng)化相。優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用：在高溫抗熱腐蝕方面，抗熱疲勞性能和焊接性方面的具有一定優(yōu)越性。主要工作在730?1100c條件下，應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪導(dǎo)向葉片中.存在問題：與傳統(tǒng)的Ni基高溫合金相比，不具備丫/丫’雙相組織形成共格強(qiáng)化，高溫機(jī)械性能差，中溫強(qiáng)度低。新型Co基高溫合金：Co-9Al-9W合金主要的相組成：面心立方的連續(xù)奧氏體基體Y和共格有序的A3B型金屬間化合物Y'相Co3(Al,W)相;優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用：提高了鉆基高溫合金的高溫機(jī)械性能。存在問題：由于存在元素W,合金比重較大。此外，熱處理和加工工藝對性能影響方面的研究匱乏。合金化及原則新型Co合金的研究原則：1、元素對Y’相固溶溫度的影響，對相組成和顯微組織的影響，成分與組織設(shè)計(jì)2、組織與力學(xué)性能關(guān)系3、組織與氧化性能關(guān)系研究方法：1、成分設(shè)計(jì)：變換組成成分，增加Co元素，減少W元素2、分析組織結(jié)構(gòu)以及各相成分，分析元素變化對結(jié)構(gòu)的影響3、測量合金室溫和高溫下的各種力學(xué)性能，如壓縮斷裂，拉伸斷裂，屈服強(qiáng)度12、什么是高溫合金？高溫合金的服役條件是什么？高溫合金的強(qiáng)化方法有哪些？以Ni基高溫合金的強(qiáng)化為例講述高溫合金強(qiáng)化原理。答：高溫合金又稱熱強(qiáng)合金、耐熱合金或超合金(Superalloys),是指以Fe、Ni、Co為基，能在600℃以上溫度，一定應(yīng)力條件下適應(yīng)不同環(huán)境短時(shí)或長時(shí)使用的金屬材料。服役條件(航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件)：①)00?1100℃②氧化和燃?xì)飧g環(huán)境③復(fù)雜應(yīng)力(蠕變，高、低周疲勞，熱疲勞等)④長期可靠工作。強(qiáng)化方法：組織：Y/Y’共格組織，基體：Y，強(qiáng)化相：Y,①固溶強(qiáng)化：Y②第二相強(qiáng)化：Y’(沉淀與共格進(jìn)行強(qiáng)化)③晶界強(qiáng)化：微量元素晶界偏聚④工藝強(qiáng)化：定向或單晶。Ni基高溫合金強(qiáng)化：y—Ni基固溶體(F.C.C)；匚二叫Al(F.C.C)實(shí)際合金中為(Ni,Co,Fe)3(Al,Ti,Nb,Ta)；碳化物:MC,M6C,M23c6,Cr7c3碳化物形成元素：Cr,Mo,W,V,Nb,Ta,Ti；B化物:M3B2y”-Ni?Nb(BCT)在高Nb合金如718中存在借助Mo來提高y/y'晶格錯(cuò)配度，增加晶格界面應(yīng)力場，阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，減小合金最小蠕變速率。在蠕變過程中形成稠密的界面位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，這些位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)在穩(wěn)定的蠕變階段可以有效阻止y相中的滑移位錯(cuò)進(jìn)入丫'相。提高了乂。元素的含量，增大了合金高溫蠕變過程中TCP相析出的傾向，增加Ru元素降低這一傾向，提高合金穩(wěn)定性。13、Nb基合金的強(qiáng)化、韌化和改善抗氧化性方式有哪些？答：(1)強(qiáng)化：①固溶強(qiáng)化——Mo,W,Hf,Cr,Al,Si等能與Nb形成置換固溶體，W、Mo最強(qiáng)②金屬間化合物——NbSS/Nb3Al(Nb-Al二元合金)和NbSS/Nb5Si3(Nb-Si二元合金)，NbSS提供韌性而Nb3Al和Nb5Si3提供高溫強(qiáng)度韌/脆兩相結(jié)構(gòu)，NbSS：Solidsolution，固溶體③特殊熱加工 定向凝固(DS:directionalsolidification)，熱等靜壓(HIP:hotisostaticpressing),熱擠出(HE:hotextrusion),etc.(2)韌化：①合金化--Hf、Ti元素對NbSS韌化②減少Si含量--Si減少，Nb5Si3減少，塑韌性上升③改變組織形態(tài)--Mo,W等元素傾向形成片狀組織，改善Nbss和Nb5Si3形態(tài)。⑶改善抗氧化：基體抗氧化+涂層，Cr--NbCr2有利于抗氧化，Si--SiO2有利于抗氧化，Ti有利于抗氧化。14、Ir基高溫合金的特性金屬：熔點(diǎn)高，比重大，原子間結(jié)合力強(qiáng)，組織穩(wěn)定，有一定的塑韌性，易于加工，與Hf、Zr、Nb、共晶反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)化作用15、什么是難熔金屬與合金？其一般特性是什么？答：通常將熔點(diǎn)高于2400℃的金屬稱作難熔金屬，主要有W(3422°C)、Mo(2623°C)、Ta(3020°C)、Nb(2469°C)、Ir(2443°C)等。以上述金屬為基體，添加各種合金元素或化合物制成的合金稱作難熔合金。一般特性：①難熔金屬一般具有良好的高溫強(qiáng)度和耐蝕性能，較低的蒸汽壓(Cr除外)。主要缺點(diǎn)是抗高溫氧化性能差，有些元素如W、Mo脆性大不易塑性加工。②難熔金屬與合金在一定條件下能吸收氫氣形成金屬氫化物而變脆，通常要在真空條件下加熱至一定溫度進(jìn)行脫氫處理。③難熔金屬與合金具有較好的耐蝕性能，此外難熔金屬對液態(tài)的Li、Na、K、Hg、Mg、Bi等溶液也有較好的耐腐蝕能力。五、李巖一一生物降解、組織工程、生物醫(yī)用、形狀記憶、智能材料1、什么是生物醫(yī)用材料？什么是生