北华大学《材料综合与设计性》2023-2024学年第一学期期末试卷.doc

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北华大学
《材料综合与设计性》2023-2024学年第一学期期末试卷
题号
一
二
三
四
总分
得分

批阅人

一、单选题（本大题共15个小题，每小题2分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）
1、一种金属间化合物在高温下具有良好的强度和稳定性。以下哪种元素组合最有可能形成这种高性能的金属间化合物？（ ）
A. 铝 - 钛 B. 铁 - 镍 C. 铜 - 锌 D. 镁 - 铝

2、在复合材料的设计中，需要考虑增强体和基体的相容性。以下哪种因素对相容性影响较大？（ ）
A. 化学组成 B. 热膨胀系数 C. 弹性模量 D. 以上都是

3、材料的热膨胀系数是指材料在温度变化时尺寸的变化率，那么影响材料热膨胀系数的主要因素有哪些？（ ）
A. 材料的化学成分、晶体结构
B. 温度范围、加热速率
C. 材料的制备工艺、微观结构
D. 以上都是

4、对于一种磁性半导体材料，其同时具有磁性和半导体特性。以下哪种材料最有可能属于磁性半导体？（ ）
A. 氧化锌 B. 砷化镓 C. 硫化亚铁 D. 碲化铬

5、在研究材料的热膨胀性能时，发现一种材料在加热过程中线性膨胀系数较大。以下哪种晶体结构的材料通常具有较大的热膨胀系数？（ ）
A. 密排六方结构 B. 体心立方结构 C. 面心立方结构 D. 简单立方结构

6、陶瓷材料具有高强度、高硬度和耐高温等优良性能，但同时也存在脆性大的缺点。为了提高陶瓷材料的韧性，以下哪种方法是可行的？（ ）
A. 增加陶瓷的孔隙率
B. 引入玻璃相
C. 细化晶粒
D. 降低烧成温度

7、高分子材料的性能可以通过添加剂进行调节，那么常见的高分子材料添加剂有哪些？（ ）
A. 增塑剂、稳定剂、阻燃剂
B. 润滑剂、着色剂、抗静电剂
C. 填充剂、增强剂、发泡剂
D. 以上都是

8、在金属材料的冷加工过程中，以下哪种现象会导致材料的强度增加而塑性降低？（ ）
A. 回复
B. 再结晶
C. 加工硬化
D. 相变

9、在研究超导材料的应用时，以下哪个领域是超导材料最有前景的应用方向之一？（ ）
A. 电力传输
B. 航空航天
C. 医疗器械
D. 汽车制造

10、金属间化合物具有独特的性能和结构。以下关于金属间化合物特点和应用的描述，正确的是（ ）
A. 金属间化合物的塑性通常较好
B. 金属间化合物的硬度低于纯金属
C. 金属间化合物可用于高温结构材料
D. 金属间化合物在常温下容易加工成型

11、一种高温合金在长时间高温服役后性能下降。以下哪种微观组织变化最有可能是导致性能下降的主要原因？（ ）
A. 晶粒长大 B. 相析出 C. 位错密度降低 D. 元素扩散

12、在研究材料的光学性能时，发现某些材料具有选择性吸收和透过光线的特性。以下哪种材料常用于制造太阳能电池板？（ ）
A. 单晶硅 B. 多晶硅 C. 非晶硅 D. 砷化镓

13、在研究一种用于电池电极的材料时，发现其在充放电过程中容量衰减较快。以下哪种因素最有可能是导致容量衰减的主要原因？（ ）
A. 电极材料的溶解
B. 电解液的分解
C. 电荷转移电阻增大
D. 离子扩散速度慢

14、在研究材料的热膨胀性能时，热膨胀系数是一个重要的参数。对于大多数陶瓷材料，其热膨胀系数与金属材料相比，通常是怎样的？（ ）
A. 较大
B. 较小
C. 相当
D. 无法比较

15、一种新型的金属泡沫材料具有轻质高强的特点。以下哪种制备方法常用于生产这种材料？（ ）
A. 粉末冶金 B. 铸造 C. 发泡法 D. 3D 打印

二、简答题（本大题共3个小题，共15分)
1、（本题5分）解释什么是材料的电致变色现象，分析其产生的机制，并说明在智能窗和显示器等领域的应用。

2、（本题5分）材料的疲劳试验是评估材料疲劳性能的重要手段。阐述疲劳试验的方法和步骤，分析疲劳试验数据的处理方法和疲劳寿命预测模型。举例说明疲劳试验在工程中的应用。

3、（本题5分）论述材料的耐磨涂层技术，如物理气相沉积、化学气相沉积和热喷涂等，解释涂层的结构和性能特点，以及在提高材料耐磨性中的应用。

三、论述题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）深入探讨材料的热障涂层的性能要求和制备方法，分析热障涂层在高温环境下的失效机制和防护策略，论述热障涂层在航空发动机叶片、燃气轮机部件等高温部件中的应用和发展。

2、（本题5分）论述材料的拓扑绝缘体的电子结构和输运特性，解释拓扑绝缘体的独特电子结构，分析其输运特性和量子现象，探讨在自旋电子学中的应用。

3、（本题5分）深入探讨纳米材料的制备技术（如物理法、化学法）及其优缺点，以及纳米材料的规模化生产所面临的挑战。

4、（本题5分）论述材料的疲劳裂纹扩展的影响因素和抑制策略，分析应力强度因子、材料微观结构、环境等对疲劳裂纹扩展的作用，研究抑制疲劳裂纹扩展的方法。

5、（本题5分）深入论述材料的表面处理技术（如电镀、化学镀、阳极氧化等）对材料表面性能（如硬度、耐腐蚀性、耐磨性）的改善机制和效果。

四、计算题（本大题共3个小题，共30分)
1、（本题10分）在材料的腐蚀实验中，一种金属试样在腐蚀介质中浸泡 100 小时，腐蚀前后质量分别为 50 克和 48 克，计算腐蚀速率。

2、（本题10分）某种高分子材料的蠕变实验中，在应力为 5MPa 的作用下，1000s 时的应变达到 0.2，计算其蠕变柔量。

3、（本题10分）某种磁性材料的饱和磁化强度为2.5T，磁畴的平均体积为8×10⁻¹⁵m³，计算一个磁畴的磁矩。

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