2018材料科学前沿 总结.docx

1、1. 形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆高分子产生形状记忆效应的机理形状记忆合金：马氏体相变形状记忆陶瓷：粘弹性机制、马氏体相变形状记忆高分子：热致敏感型热塑性形状记忆高分子：软化状态冷却固定相形成冷却可逆相结晶加热可逆相转化 外力发生变形冷却变形固定加热可逆相熔融，形变消失冷却恢复初始状态热固性形状记忆高分子：未交联聚合物-加热-交联聚合物-冷却-结晶加热部分结晶熔融 外力变形-冷却-变形固定加热非晶态-冷却-恢复初始状态2. 组织工程学的三大要素是什么？对细胞载体支架的要求是什么？组织工程学的三大要素是：（1）细胞的分离和培养（2）细胞生长因子（3）细胞载体材 料对细胞载体支架的要求：（

2、1）合适的表面化学性能，以利于细胞的粘附和生长（2）合适的降解率，降解产物无毒（3）无生物毒性（4）足够的力学性能（5）最小的免疫反应和炎症反应（6）在纯化，加工，生产的过程中足够简单（7）满足组织连接和血管化的孔洞3. 什么是智能材料？智能材料具有类似生物体的反应机能，既有感知，又有驱动，有些自己就能构成一个只 能系统，有些需要加入反馈才能构成智能系统。4. 什么是生物相容性？引起生物变化的因素有哪些？生物医用材料与人体相互作用产生的各种复杂的物理、化学和生化反应的一种概念。引起变化的因素：（1）生理活动中骨骼、关节、肌肉力学性动态运动（2）细胞生物电、磁场、电解、氧化（3）新陈代谢过程中的

3、生物化学和酶催化反应（4）细胞的粘附和吞噬作用（5）体液中的各种酶的生物降解作用。5. 形状记忆效应和形状记忆合金的定义形状记忆效应：合金在低温马氏体状态下，即使变形超过弹性极限，升温之后仍能恢复 到初始形状形状记忆合金：具有形状记忆效应和超弹性的智能金属材料。6. 什么是生物医用材料？对生物体进行诊断、治疗、置换损伤组织或器官或增进其功能的材料7. 具有感知和执行功能的智能材料包括什么？形状记忆材料、磁致伸缩材料、压电材料、电致伸缩材料、电流变体、光纤材料、智能 高分子复合材料1. 简述碳纳米管的性能特点，列举碳纳米管在复合材料中的典型应用。密度小、高强度、高模量、导热性好、导电性好、化学性

4、能稳定、热稳定性好 用作电磁屏蔽材料，吸波材料，导电复合材料，导热复合材料的增强体，纳米探针2. 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，阐述复合材料技术的发展方向（技术关键）。六大特点：质轻高强可设计抗疲劳耐腐蚀整体成型结构/功能一体化材料是基础，设计为先导，制造是关键，评价是保障3. 什么是复合材料？按基体分或按增强体、用途分有哪些种类？由两种或两种以上物理或化学性质不同的材料复合而成的一种新的固体材料按照基体分：树脂基3000C氧化、水泥基按照增强体分：颗粒增强、纤维增强、片状增强、层叠式复合材料按照用途分：结构复合材料：主要用于主承力、次承力

5、结构，除了具有力学性能以外还 要求具有一定的耐热性能和其他性能 功能复合材料：除了力学性能以外，还具备一些 电、热、磁等物理性能的复合材料4. 先进复合材料含义：专指用于主承力或次承力结构，其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。5. 复合材料技术发展的关键问题材料方面：材料的高性能化、多功能化，树脂/纤维的匹配问题制造方面：自动化、低成本问题设计方面：设计理念与验证方法检测方面：精细检测与可靠性分析材料是基础、设计是先导、制造是关键、评价是保障6. 碳纳米管的定义：由单层或多层石墨片绕中心按照一定角度卷曲而成的无缝、中空纳米管。7. 碳纳米纤维：是合成纤维，成分为普通的尼龙。不过讲尼龙

6、制成直径数十微米的超细纤维以后，产生 了几乎与棉纤维相同的吸湿性能。具有极大的比表面积，制成的毡上有许多微孔，因此 有很强的吸附力和良好的过滤性8. 复合材料制造工艺的特点（1）结构成型与材料成型同时完成（2）成型过程包含成型和固化（3）复合材料结构可实现整体成型（4）结构复合材料制造成本高9. 碳纳米纤维与碳纳米管纤维的区别碳纳米纤维是合成纤维，成分是尼龙，是将纤维制成了直径只有儿十纳米的超细纤维 而碳纳米管纤维是碳纳米管沿着一定方向排列形成的宏观纱线。10. 碳纳米管的发展路线具有极高强度的碳纳米管兼具好的塑性低成本制造单壁碳纳米管材料一表面功能化多 功能应用一碳纳米管复合材料11. 复合

7、材料制造技术发展趋势液体成型工艺最重要的低成本制造方法自动化制造技术实现大型构件制造的必要前提数字化制造技术有效控制制造质量的关键大面积整体成型技术降低重量、减少装配的途径非热压罐成型技术减少设备投资和能耗高温合金1. 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？密度小，比强度高，焰点高，高温强度好，耐氧化性好正常价化合物：电负性较强的金属元素与类金属元素结合而成，符合原子价规律电子化合物：不符合原子价规则，成分不固定，结构由电子浓度决定，具有超点阵结构， 原子间键合方式为金属键间隙化合物：由原子半径较大的过渡族金属元素和原子半径较小的c、B、N组成高熔 点高硬度复杂化合物：结构复杂

8、的间隙化合物如渗碳体、碳化物2. 金属间化合物结构材料的韧化方法有哪些？试以Nb-Si基合金为例阐述多相组织设计 的思想（1）偏离化学计量比（2）合金化：微合金化、宏合金化微合金化：加入质量分数小于1%的合金元素，不改变晶格类型，不改变变形模 式，改变晶界结构，抑制有害相析出，抑制杂质影响，提高结合强度。宏合金化：加入质量分数大于1%的合金元素，改变晶体结构，改变滑移特征, 形成韧性第二相，强化晶界（3）改变品粒形态：细化晶粒，择优取向（4）微结构控制：组织优化制备多相合金：向金属中添加韧性第二相来韧化基体采用新的加工工艺：定向凝固、粉末冶金Ni-Si强化：固溶强化，加入w, Mo等元素形成置

9、换固溶体 第二相强化，形成Ni5Si3, Nbss 相用于提供韧性，ni5si3相提供高温强度特殊热加工：粉末冶金，定向凝固韧化：合金化，加入hf, ti等元素对nbss韧化，减少si含量，减少ni5si3相，组织塑 性提高，改变组织形态，加入w, Mo材料倾向于形成片状组织，抗氧化：抗氧化基体+涂层加Cr形成NiCr2加Si形成SiO23. 航空器发展对材料的要求有哪些？航空飞行器的工作条件十分复杂，对于军用飞机而言要求高机动性，近距离作战和全天 候作战，对于民用飞机要求，经济、舒适、安全、可靠，相应的要发展高推重比，长寿 命的发动机，以及先进的火控系统和电子设备。对材料的要求是耐高温、高比

10、强、抗疲 劳、耐腐蚀、长寿命、低成本4. 什么是金属间化合物？金属间化合物的特点是什么？由两种金属或金属与类金属构成的具有整数化学计量比的化合物 特点是：密度低，比强度高，熔点高，高温强度好，抗氧化性好5.金属间化合物结构材料脆性的原因?(1)结构特性：电负性差太大，键取向、结构复杂性(2)滑移特性：独立的滑移系少，交滑移困难，滑移均匀性差，加工硬化率高(3)晶界特性：杂质偏聚(4)环境特征：氢脆(5)应力状态：缺口敏感性6. Ti3Al基合金是唯一进入成熟应用阶段的金属间化合物，缺点有哪些，发展思路是什么？（1）室温断裂韧性差（2）室温冲击韧性只有普通Ti合金的1/10（3）。相合金抗氧化性

11、差发展思路：在Ti-AI-Ni合金中加入日相稳定元素，形成塑性第二相，提高室温塑性和加 工性能7. TI3AI基合金中加入8相稳定元素的目的是什么？不同B相稳定元素含量对应相组成 形成韧性第二相，提高材料的室温塑性和加工性能，10-14 a 2+ B14-17 a2+B+O23以上3+08. 什么是高温合金？高温合金的服役条件是什么？高温合金的强化方法有哪些？以Fe、Co、Ni为基，在600C以上，一定应力条件下，适应不同环境短时或长时使用的 金属材料。服役条件：600-1100C复杂应力状态、燃气腐蚀和氧化、长是可靠工作 强化方法：固溶强化、第二相强化、晶界强化、工艺强化9. 什么是难熔金属

12、与合金？其一般特性是什么？熔点高于2400C的金属材料，W、Mo、Ta加入合金化元素后形成难溶合金一般高温强度和耐腐蚀性能比较好，具有较低的蒸气压，不过高温抗氧化性差，W和 Mo的机械加工性能差，在一定条件下能吸收环境中的氢气形成金属氢化物变脆，耐腐 蚀性好，可以耐液态金属的腐蚀。10. 先进金属基结构复合材料与传统金属材料相比有什么优点？密度小，比强度高、比模量高、耐温性能好、热膨胀系数低，抗磨损。11. 碳/碳复合材料的特点有哪些？热稳定性、抗热冲击、强度高、冲击强度高、耐化学腐蚀，密度小12. 高温氧化的概念？防止高温氧化有什么方法？高温氧化是指材料在高温下与环境的气相或凝固相发生反应，

13、导致材料变质或破坏的过 程。防止高温氧化的方法：增加防护涂层，合金化、表面处理、包埋渗等13. 提高Ni3AI的塑性的方法有哪些富AI的晶界晶界能高，晶界结合能低，晶界强度低，容易发生沿晶脆断。而富Ni晶界 强度高，具有抵抗沿晶断裂的能力+BB偏聚于晶界，使晶界进一步富Ni,强化晶界，改善位错滑移性，阻止H沿晶扩散 残生的环境脆性，改善室温塑性和综合性能。+Zr大于600C时B没有增塑效果，而Ni在室温-850C之间都能改善材料的塑性，Zr偏 聚于晶界使晶界富Ni,强化晶界，阻止裂纹扩展，诱发相邻晶界内部位错开动，改善高 温塑性和综合性能。+稀土元素14. 航天器对材料的要求航天器的工作条件极

14、为复杂（超高温、超低温、原子氧、射线等等）设计准则由静强度设计变为损伤容限设计设计选材时的决定因素：比强度，断裂韧性、疲劳寿命、寿命期成本结构材料发展的关键：质轻高强、高温耐蚀功能材料发展的关键：高性能、智能化15. 航空飞行器使用的材料机体材料：大量采用高比强度、高比模量的材料，提高飞机的结构效率、降低结构重量 系数，树脂基复合材料和钛合金的用量增加，传统铝合金的用量减少。发动机材料：某些部件必须采用轻质超高温材料，大量采用轻质高温材料，需要大量各 类钛合金，材料抗氧化性能要好，密封润滑要求高机载设备材料：缺陷密度极低，针对不同用途对其物理性能要求高，加工成型过程不能 对材料的功能特性造成影

15、响16. NiAl金属间化合物的主要问题及改善措施主要问题是室温塑性和韧性差，高温强度不足微合金化：加入Fe、Mo,提高室温塑性，增加晶界结合力和协调变形能力固溶元素：Fe、Co伪共晶元素：Cr、Mo,形成Y +Yz强化沉淀相形成元素：Hf、Zr,提高高温强度，但韧塑性会下降17. Co基合金的研究过程传统的Co基合金，主要的相组成，面心立方奥氏体Y相和一种或多种碳化物相，碳化 物为主要的强化相，在高温耐蚀，扛热疲劳和焊接性方面有一定的优势，主要用于涡轮 发动机导向叶片，存在的问题是不具备Y/Y，共格强化，高温机械性能差，中温强度低。新型Co基合金：CO-9AI-9W形成了 y/yf共格强化，

16、提高了合金的高温机械性能，存在 的问题是加入了 W,比重增大，热处理和加工工艺方面数据缺乏，共格组织成分窗口非 常窄，常规合金化元素稍有过量就会形成化合物相，显著降低合金高低温塑性，研究大 量集中在单晶材料的氧化和蠕变方面,对于多晶材料及拉伸性能和热腐蚀性能研究较少 新型Co基合金的研究原则:元素含量对广固溶温度，相组成和显微组织的影响，组织和 力学性能的关系，组织和抗氧化性能的关系，研究方法：设计合金成分，增加Co,降低W,对材料的组织和成分进行观察，测量合 金在室温和高温下的力学性能陶瓷1. 陶瓷胶体成型方法有哪些？干压、热压注、注浆、挤出、流延2. 讨论陶瓷材料功能多样性的本质原因陶瓷材

17、料通常由三种不同的相组成：晶相、玻璃相、气相晶相是陶瓷材料中的主要相，决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的部分，其结构如同玻璃，作用是填充晶粒间隙, 粘结晶粒，提高致密度，降低烧结温度和抑制晶粒长大，获得一定程度的玻璃特性。气相是在工艺过程中形成并保留了下来的，气孔的存在对陶瓷的性能是不利的，他将降 低陶瓷的强度，是造成裂纹的根源3. 高温结构陶瓷的优点有哪些？陶瓷材料存在的问题是什么，应该如何改进？(1)在1000C以上，相比于高温合金具有低密度，高比强度， 腐蚀性能优异的耐温性能和抗(2)不需要冷却系统，提高燃料的利用效率(3)适应多种燃料，节省能源存在的

18、问题及改性方法(1)脆性大：陶瓷材料几乎没有塑性，难以通过塑性变形来组织裂纹扩展,需要通过 制备纳米晶的方法提高材料的韧性(2)成本局：对原料的要求苛刻，周纯度，超细粉末，单分散,制造工艺复杂，成本高。研究低成本原料制造技术和低成本烧结成型技术（3） 强度设计与材料的合理使用：应用在拉应力很小的场合，加工性能较差，只能用磨加工4.氧化物陶瓷的优点有哪些?(1)原子结合以离子键为主，存在部分共价键(2)熔点较高(3)良好的电绝缘性能(4)优异的化学稳定性和抗氧化性5. 什么是计算材料学？常用的方法有哪些？是计算机科学与材料科学的交叉学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能与计算 机模拟和设计的学科，是材料研究里的计算机实验常用方法包括：第一原理，分子动力学原理，蒙特卡洛方法，有限元分析。6. 什么是陶瓷材料？什么是特种陶瓷？陶瓷材料是指以无机非金属天然矿物或化工品为原料，经过成型干燥烧结工序制成的产 品特种陶瓷：以高纯度化工试剂为原料7. 陶瓷的制备过程粉体：高纯度、相组成、颗粒尺寸与形态成型：将陶瓷粉体制成有一定形状的素坯，方法有干压或胶体成型 烧结：常压、热压、等离子放电烧结。8. 有机前驱体裂解陶瓷采用有机硅为原料，通过高温裂解制备无机陶瓷特点：利用有机