《传统与现代工程材料》复习题.doc2.doc

第一章 绪论
一、 填空题：
1、 材料 、 信息 、 能源 被称为人类社会的三大支柱。
2、 使用性能 、 材料的性质 、 结构与成分 、 合成与制备 是材料的四要素
二、 简答题：
1、 什么是材料？如何进行分类？
答：材料是人类用于制造机器、构件和产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。
材料可分为：金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四大类。

2、为什么说材料是人类社会进步的里程碑？
答：纵观人类利用材料的历史，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，把人类物质文明推向前进。

3、进入21世纪有哪些新技术是迅猛发展的热点，主要在那些方面？
答：主要有信息技术、生物技术、航天技术、能源技术、先进制造技术、新材料技术等
信息技术主要在通信网络、宽带、半导体技术、计算机智能技术等方面。
生物技术主要在蛋白质科学、干细胞及再生医学、生物芯片、转基因技术等方面。
航天技术主要在太空探索技术、小卫星技术、太空攻防技术等
能源技术主要在核能技术、氢能技术、新能源及再生能源技术等
先进制造技术主要在光机电一体化技术、微电子光刻技术、重大装备制造技术等
新材料技术主要在纳米技术、新型功能材料及其应用技术、新型结构材料等。

第二章 材料科学与工程的四个基本要素
第一部分 填空题
1． 材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、 结构与成分 、 合成与制备 。
2． 材料性质的表述包括 力学性质 、物理性质和化学性质。
3． 强度可以用弹性极限、 屈服强度 和比例界限等来表征。
4． 三类主要的材料力学失效形式分别是： 断裂 、磨损和腐蚀。
5． 材料的结构包括键合结构、 晶体结构 和组织结构。
6． 晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、 非晶体 和准晶体。
7． 化学分析、物理分析和 谱学分析 是材料成分分析的三种基本方法。
8． 材料的强韧化手段主要有 固溶强化 、加工强化、弥散强化、 第二相强化 和相变增韧。
9． 材料的物理性质表述为 电学性质 、磁学性质、 光学性质 和热学性质。
10． 材料的硬度表征为 布氏硬度 、洛氏硬度和维氏硬度等。
11． 材料的化学性质主要表现为 催化性质 和 防化性质 。
12． 冶金性质 、熔炼与凝固、粉末烧结和 高分子聚合 是四种主要的材料制备方法。
13． 金属材料的改性包括 材料的合金化 以及材料的热处理
14． 典型热处理工艺有 淬火 、退火、回火和正火。
第二部分 判断题（10题共20分，每题2分）
1． 材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。（ T ）
2． 疲劳强度材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。（ T）
3． 硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。（ F）
4． 性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。（T ）
5． 晶体是指原子排列短程有序，有周期。（ F）
6． 材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。（T ）
7． 材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。（F ）
8． 材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。（T ）
9． 材料合成与加工过程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行的。（F ）
10． 材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。（T ）
11． 材料性能是随着外因的变化而不断变化，是个渐变过程，在这个过程中发生量变的积累，而性质保持质的相对稳定性；当量变达到一个“度”时，将发生质变，材料的性质发生根本的变化。（T ）
12． 疲劳强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。（T ）
13． 韧性指材料从塑性变形到断裂全过程中吸收的能量。（F ）
14． 在材料使用性能（产品）设计的同时，力求改变传统的研究及设计路线，将材料性质同时考虑进去，采取并行设计的方法。（ T）
15． 准晶体的特点是原子排列长程有序，有周期。（ F）
16． 现代材料科学家对材料成分、结构的认识是由分析、检测实现的。（ T）
17． 热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的组织组成的情况，达到改变材料性能的方法。（F ）
18． 淬火通过快速冷却，获得远离平衡态的不稳定组织，达到强化材料的目的。（ T）
19． 正火是在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组织，提高强度，降低韧性。（ F）
20． 材料表面工程有：表面改性、表面防护和薄膜技术。（ T）

第三部分 简答题（4题共40分，每题10分）
1． 材料性能的定义是什么？
在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为和结果，按照特定的规范所获得的表征参量。
2． 金属材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪两点？
1)按统计原理计算单位面积上的位错缺陷数目，由于截面减小而不能满足大样本空间时，这个数值不在恒定;2)晶体越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越来越接近于理论强度值。
3． 流变成型包括哪几个方面？
金属的半固态成型、高分子材料的熔融成型，陶瓷泥料、浆料的成型和玻璃的熔融浇注
4． 材料改性的目的和内容是什么？
目的：通过改变材料组织、成分和结构来改变材料的性能
内容：1、材料的“合金化” 2、材料的热处理
5． 从事材料工程的人们为什么必须注重材料性能数据库。
材料性能数据库是材料选择的先决条件；材料性能数据库是实现计算机辅助选材、计算机辅助设计、计算机辅助制造的基础。
6． 什么是材料的组织组成。
组成材料的不同物质表示出的某种形态特征。
第四部分 论述题（2题共30分，每题15分）
1． 材料的成分和结构主要的测试手段有哪些？它们使用于哪些范围？
体视显微镜 毫米--微米
光学显微镜 微米
电子扫描显微镜 微米--纳米可达0.7nm
透射电镜 观察到院子排列面，达0.2nm
场离子显微镜 形貌观察0.2-0.3nm
隧道扫描显微镜 观察到原子结构 0.05-0.2nm
2． 材料科学与工程的四要素是什么，它们之间的关系如何？
1、使用性能 2、材料的性质 3、结构与成分 4、合成与加工
合成与加工--（产生）——结构与成分——（具备）--材料性质--（提供）--使用性能
3． 你认为材料工作者需要具备什么样的条件？你认为哪些方面是新技术新材料的代表？
在材料研究及工程化应用中，材料人员应具备这样一种能力：针对不同的使用环境，提取出关键的材料性质并选择优良性能的材料
准晶、纳米材料和界面科学等是新的研究课题，都主要是围绕成分与结构展开的，向上追溯到材料的合成与加工，向下则牵连到材料的特征性质。可以说，这些研究室新材料新科技的代表。
4． 材料的四大要素是什么？叙述材料四大要素之间的关系。

材料科学与工程”的任务是研究材料的结构.性能.加工和使用状况四者间的关系.这里所指材料,包括传统材料和各种新型材料.所谓结构,包括用肉眼或低倍放大镜观察到的宏观组织(粗视组织),用光学或电子显微镜观察到的微观组织,用场离子显微镜观察到的原子象,以及原子的电子结构,所谓性能,包括力学性能.物理性能.化学性能,以及冶金和加工性能等工艺性能,所谓加工,是指包括材料的制备.加工.后处理(再循环处理》在内的各项生产工艺,所谓使用状况, 则是指材料的应用效果和反响(例如,有些材料在使用过程中组织结构不稳定,或易受环境的影响,使性能迅速下降).材料的结构.性能.加工和使用状况这四个因素称为材料科学与工程的四要素.因此,材料科学与工程就是研究四要素之间的关系的一门学科.
在四要素关系中,最基本的是结构和性能的关系,而“材料科学”这门课程的主要任务就是研究材料的结构.性能及二者间的关系.研究的途径—是通过实验,二是总结生产实践的经验,三是建立材料基础理论,从理论上预计材料的结构和性能.

第三章 结构材料
一、填空题：
1、 碳的质量分数 >2.11% 的铁碳合金称之为铸铁通常还含有较多的 Si 、Mn、 S 、 P 等元素。
2、 优质碳素结构钢的钢号是以 碳的平均万分数 来表示的。
3、 碳钢常规热处理有 退火 、 正火 、 淬火 、 回火 四种
4、 碳在铁碳合金中的存在形式有 与铁间隙固溶 、 化合态的渗碳体 、 游离态的石墨 。
5、 高分子材料分子量很大，是由 许多的结构单元 组成，并以 共价键 的形式重复连接而成。
6、 塑料 、 橡胶 、 纤维 被称为三大合成高分子材料。
7、 聚合物分子运动具有 多重性 和 明显的松弛特性
8、 聚乙烯可分为 低密度聚乙烯 、 高密度聚乙烯 、 线性低密度聚乙烯 、 超高分子质量聚乙烯 、 改性聚乙烯 。
9、 陶瓷材料的晶体缺陷有 点缺陷 、 线缺陷 、 面缺陷 ，其中导电性与 点缺陷 有直接关系。
10、 陶瓷材料的 塑性 和 韧性 较低，这是陶瓷材料的最大弱点。
11、 复合材料可分为 结构复合材料 和 功能复合材料 两大类。

二、判断题：
1、不锈钢中含碳量越低，则耐腐蚀性就越好。 （T ）
2、纯铝中含有Fe、Si等元素时会使其性能下降。 （ T ）
3、正火是在保温一段时间后随炉冷却至室温。 （ F ）
4、受热后软化，冷却后又变硬，可重复循环的塑料称为热塑性塑料。 （ T）
5、聚乙烯从是目前产量最大，应用最广泛的品种。 （ T ）
6、陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容大。 （ T）
8陶瓷材料一般具有优于金属材料的高温强度，高温抗蠕变能力强。 （ T）
9、纤维增强金属基复合材料的目标是，提高基体在室温和高温下的强度和弹性模量。（ T ）
10、复合材料有高的强度和弹性模量、良好的减震性。 （ F ）

三、简答题：
1、碳钢按照不同的分发可以分为哪几类？
按含碳量分：低碳钢（小于0.2%）、高碳钢（大于0.6%），中碳钢（0.2-0.6%）
按钢的质量分：普通碳素钢（S小于0.055%，P小于0.045%）
优质碳素钢（S小于0.040%，P小于0.040%）
高级优质碳素钢（S小于0.030%，P小于0.035%）
按用途分：碳素结构钢、碳素工具钢

2、 什么叫做退火，退火的作用是什么？
退火：将钢加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却（随炉冷却），以获得接近于平衡状态组织的热处理工艺
目的：消除内应力
3、 与小分子相比高分子有什么特点？
高分子：分子量不确定，只有一定的范围，是分子量不等的同系混合物；
没有固定熔点，只有一段宽的温度范围：
分子间力很大，没有沸点，加热到2000C-3000C以上，材料破坏降解或交联）
4、 举例说明陶瓷材料的结合键主要有哪两种，各有什么特点？
陶瓷材料的组成相的结合键为离子键、共价键
特点：以离子键结合的晶体称为离子晶体。离子晶体在陶瓷材料中占有很重要的地位。它具有强度高、硬度高、熔点高等特点。但这样的晶体脆性大，无延展性，热膨胀系数小，固态是绝缘，但熔融态导电等特点。金属盐化物晶体主要以离子键结合，一般为透明体。
以共价键结合的晶体称为共价晶体。共价晶体具有方向性和饱和性，因而共价晶体的源自对密度较低。共价晶体具有强度高、密度高、熔点高、结构稳定等特点。但它脆性大，无延展性，热膨胀系数小，固态、熔融态时都绝缘。
5、 陶瓷材料主要有哪些相组成，各有什么作用？
有晶体相，玻璃相气孔组成。
晶体相是陶瓷材料组主要的组成相，主要是某些固溶体或化合物，其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。
玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构类似与玻璃。其作用是：将分散的晶体相粘合起来，填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度，加快烧结过程；阻止晶体转变、抑制晶粒长大。
陶瓷中气孔主要是坯体各成分在加热过程中单独或互相发生物理、化学作用所生成的空隙。这些空隙可有玻璃相填充，还有少部分残留下来形成气孔。气孔对陶瓷的性能是不利的。它降低材料的强度，是造成裂纹的根源。
6、简述陶瓷材料的力学性能特点。
硬度 陶瓷的硬度很高，多为1000Hv--1500Hv陶瓷硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、以及共价晶体中电子云的重叠程度高引起的。
刚度 陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的，而弹性模量又反映其化学键的键能。离子键和共价键的键能都要高于金属键，因此陶瓷材料的弹性模量要高于金属材料。
强度 陶瓷材料的强度取决于键的结合力，理论强度很高。但陶瓷中由于组织的不均匀性，内部杂质和各种缺陷的存在，使得陶瓷材料的实际强度要比理论强度低100多倍。陶瓷材料的强度也受晶粒大小的影响。晶粒越细，强度越高。
塑性、韧性 陶瓷材料的塑性和韧性较低，这是陶瓷的最大弱点。陶瓷材料收到荷载时在不发生塑性变形的情况下，就发生断裂。陶瓷内部和表面所产生的微裂纹，由于裂纹尖端的应力集中，内部裂纹在受到外应力时扩展很快，这是导致陶瓷材料断裂的根本原因。
7、 什么是水泥，水泥的种类主要有哪些？
水泥是一种加入适量水后，成为塑性浆体的，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。
水泥依照成分的不同，也可分为
（1）硅酸盐水泥（2）铝酸盐水泥（3）硫酸酸盐水泥（4）火山灰水泥（5）氟铝酸盐水泥
8、 简述复合材料的发展趋势。
由宏观复合向微观复合发展；由多元复杂混合和超复杂复合发展；由结构复合为主向结构复合与功能复合并重的方向发展；被动复合向主动复合材料发展；由常规设计向仿生设计方向发展

第四章 功能材料
一、填空题：
1、 材料中一种机械能与电能互换的现象 ，称为压电效应。材料的压电效应取决于晶体结构的 ，晶体必须有 ，才有压电效应。
2、 制造透明陶瓷的关键是 和 。
二、判断题：
1、压电陶瓷材料不管在什么温度下均有压电效应。 （ ）
2、压敏电阻陶瓷材料，电压提高，电阻率下降。 （ ）
三、简答题：
1、什么是功能陶瓷，功能陶瓷的分类主要有哪些？
对电、磁、光、热、化学、生物等现象或物理量有很强反应，或能使上述某些现象或量值发生相互转化的陶瓷材料。
分为：超导陶瓷、敏感陶瓷、电容陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷。
2、 什么是超导材料？超导材料的两个基本特征？
具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。
超导材料的抗磁性；零电阻
3、 什么是纳米材料？简述纳米材料的主要制备方法和工艺。
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料
　物理制备方法 1机械法2气相法　3磁控溅射法与等离子体法
　化学制备方法 1溶胶—凝胶法2离子液法 3溶剂热法4微乳法 　
四、叙述题
本专业中的传统与现代材料的应用。