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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