材料科学前沿_思考题_ 2012版 翁俊飞1.doc

1.航空器发展对材料的要求有哪些? 答：耐高温、高比强、抗疲劳、耐腐蚀、长寿命和低成本。 2.什么是自然资源,属性是什么？自然资源分为哪几类？ 答：（1）人类可以直接从自然界获得并用于生产和生活的物质。（2）属性包括：自然+经济。（3）可分为三类：无穷——空气、风、太阳能；可再生——生物体、水、土壤；非再生，矿物、化石燃料。 3.环境的定义是什么？环境污染的实质是什么？对人类而言环境的作用有哪些？ 答：（1）环境是人类周围一切物质、能量和信息的总和。 （2）人类索取超过资源再生+排放废弃物数量超过环境自净能力。 （3）首先，生存的基本条件——物质基础；其次，环境对废物消纳及转化，保证延续；第三，提供精神享受。 4.什么是资源保护？如何提高资源效率减轻环境污染？ （1）广义——在维护生态系统及其综合体中，对资源采取的平衡行动；狭义——对资源综合利用，提高资源效率。 （2）1》通过技术革新，提高生产效率，减少废物排放；2》保护资源，加强资源综合利用，特别是废弃物的回收。 5.什么是金属间化合物，金属间化合物的特点是什么？ 答：指两种金属或金属与类金属组成的具有整数化学计量比的化合物。 特点：密度低、屈服强度随温度升高而提高、比刚度高、熔点高、高温强度好、抗氧化性能优良等。 6.金属间化合物分为哪几类，各自的特点是什么？ 答：分类及特点：①正常价化合物：符合化合物原子价规律。键特点: 电子转移和共用电子对。a.金属倾向与345副族元素形成化合物,b.金属正电性越强, B族负电性越强,越易形成,越稳定。 ②电子化合物：a.不符合原子价规则，成分不定b.结构由e浓度决定，超点阵结构。c.金属键。 ③间隙化合物：AR大过渡族金属元素和AR小的C、N、B等元素组成；高熔点；高硬度。 ④复杂化合物：更复杂结构的间隙化合物——渗碳体及碳化物。 7.二元Ti3Al合金的缺点有哪些，其发展思路是什么？ 答：缺点：室温断裂韧性、冲击韧性低、O相合金的抗氧化问题、高Nb合金抗氧化性差。发展思路：在Ti-Al-Nb的基础上，加β相稳定元素，增加塑性第二相，改善室温塑性和加工性能。 8.金属间化合物结构材料脆性原因？其韧化方法有哪些？ 答：脆性原因：①结构特性：电负性、结构复杂性②滑移特征：独立滑移系③晶界特征：杂质偏聚④环境影响：氢脆⑤应力状态：缺口敏感性。韧化方法：①偏离化学计量比；②合金化：微合金化法、宏合金化；③改变晶粒形态：细化晶粒、择优取向；④微结构控制：组织优化；制备多相合金、改进制备工艺。 9.Ti3Al（α2）基合金中加入β相稳定元素的目的是什么？不同β相稳定元素含量分别对应什么相组成？ 答: 通过添加β相稳定元素（如Nb和Mo），增加塑性的第二相，使Ti3Al基合金的室温塑性和加工性能得到改善。 ①第一代β稳定元素含量在10%～14%，显微组织为α2（DO19）＋β；②β稳定元素含量在14%～17%之间，该合金具有更高的拉伸强度和蠕变抗力，显微组织取决于热处理，主要为α2、β和O相(第一代O相合金)O相（基于Ti2AlNb，正交结构，可看作α2的畸变结构；③β稳定元素含量在23％以上，如GE公司研制的Ti-24.5Al-23.5Nb和Ti-22Al-27Nb合金，显微组织为O＋β，这类以O相为基的合金比α2合金和超α2合金有更高的高温屈服强度、蠕变抗力和断裂韧性，已经成为近期研究的重点（第二代O相合金）。 10.什么是高温合金？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Ni基高温合金的强化为例讲述高温合金强化原理。 答：高温合金又称热强合金、耐热合金或超合金（Superalloys)，是指以Fe、Ni、Co为基，能在600℃以上温度，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（航空发动机热端部件）：①600~1100℃②氧化和燃气腐蚀环境③复杂应力（蠕变，高、低周疲劳，热疲劳等）④长期可靠工作。强化方法：组织：γ/ γ’共格组织，基体：γ，强化相：γ’ ①固溶强化： γ ②第二相强化：γ’ ③晶界强化：微量元素晶界偏聚④工艺强化：定向或单晶。 借助Mo来提高/晶格错配度，增加晶格界面应力场，阻止位错运动，减小合金最小蠕变速率。在蠕变过程中形成稠密的界面位错网络，这些位错网络在稳定的蠕变阶段可以有效阻止相中的滑移位错进入相。提高了Mo元素的含量，增大了合金高温蠕变过程中TCP相析出的倾向，增加Ru元素降低这一倾向，提高合金稳定性。 11.组织工程学的三大要素是什么？对细胞载体材料－支架材料的具体要求是什么？ 答：三大要素：①细胞载体材料－支架材料；②细胞的分离和培养；③细胞生长因子。对支架材料的具体要求有：1.多孔且需要高的孔隙率；2.内部均匀分布和相互联通的孔结构；3. 支架材料易于加工成不同的厚度和形状；4. 良好的相容性和一定的机械强度；5. 可以通过生物降解最终消失。 12.Nb基合金的强化、韧化和改善抗氧化性方式有哪些？ 答：(1)强化：①固溶强化—Mo, W, Hf, Cr, Al, Si 等能与Nb形成置换固溶体，W、Mo最强②金属间化合物—NbSS/Nb3Al (Nb-Al二元合金)和 NbSS/Nb5Si3（Nb-Si二元合金), NbSS 提供韧性，Nb3Al和Nb5Si3提供高温强度韧/脆两相结构③特殊热加工——定向凝固，热等静压, 热挤出。(2)韧化：①合金化--Hf、Ti元素对NbSS韧化②减少Si含量--Si减少，Nb5Si3减少，塑韧性上升③改变组织形态--Mo，W等元素倾向形成片状组织，改善Nbss和Nb5Si3形态。(3)改善抗氧化：基体抗氧化+涂层，Cr-NbCr2、 Si-SiO2及Ti有利于抗氧化。 13.什么是智能材料？ 答：智能材料是近年来提出的一类新型材料。它可以具有类似于生物体反应的机能，既有感知,又有驱动的功能,有的本身就可以构成一个智能系统,有的需要加入反馈，才能构成一个完整的智能系统。 14.什么是难熔金属与合金？其一般特性是什么？ 答：通常将熔点高于2400℃的金属称作难熔金属，主要有W(3422ºC)、Mo(2623ºC)、Ta(3020ºC)、Nb(2469ºC)、Ir(2443ºC)等。以上述金属为基体，添加各种合金元素或化合物制成的合金称作难熔合金。 一般特性：①难熔金属一般具有良好的高温强度和耐蚀性能，较低的蒸汽压（Cr除外）。主要缺点是抗高温氧化性能差，有些元素如W、Mo脆性大不易塑性加工。②难熔金属与合金在一定条件下能吸收氢气形成金属氢化物而变脆，通常要在真空条件下加热至一定温度进行脱氢处理。③难熔金属与合金具有较好的耐蚀性能，此外难熔金属对液态的Li、Na、K、Hg、Mg、Bi等溶液也有较好的耐腐蚀能力。 15.提高Ni3Al的塑性有那些方法？ 答：原因：富Al晶界能高，晶界结合能低，晶界强度低，沿晶脆断，富Ni相反，富Ni晶界具有高强度，具有抵抗沿晶断裂的能力。①B对Ni3Al的强韧化作用，作用机理：B偏聚在晶界上，使晶界进一步富Ni，强化晶界，改善位错滑移性，阻止H沿晶界扩散产生的环境脆性，改善室温塑性和综合性能。②Zr对Ni3Al的强韧化作用，大于600C时，B对塑性无作用，Zr对室温至850C之间的塑性均有改善。Zr偏聚在晶界上，使晶界贫化Al，富化Ni，强化晶界，阻止裂纹扩展，诱发相邻晶内位错开动，改善高温塑性和综合性能。③稀土和Mg对Ni3Al的强韧化作用，0.05%~0.2%Y和Ce对高温塑性具有有利，不损害强度。 ④B改善Ni3Al的环境敏感性。 16.什么是生物医用材料？什么是生物相容性？引起生物变化的因素有哪些？ 答：生物医用材料是指对生物体进行诊断、治疗、和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料。 生物相容性：生物医用材料与人体间相互作用产生各种复杂的生物、物理和化学反应的一种概念。 17.引起生物变化的因素：①生理活动中骨骼、关节、肌肉的力学性动态运动；②细胞生物电、磁场、电解和氧化作用；③新陈代谢过程中的生物化学和酶催化反应；④细胞黏附和吞噬作用。⑤体液中的各种酶、细胞因子、蛋白质、氨基酸、多肽、自由基对材料的生物降解作用。 18.简述镍氢电池的工作原理。 答：镍氢电池是以Ni化合物作为正极，储氢合金M作为负极，储氢合金为AB5型最常用为LaNi5， MH表示吸附了氢原子的储氢合金，以碱液为电解液。充电时：正极: Ni(HO)2 + OH- Û NiOOH- +H2O +e；负极：M+H2O + e ÛMH + OH-。总反应：M + Ni(OH)2 Û MH + NiOOH-。放电时为充电时的逆反应 19.超导体与理想导体的区别？ 答：理想导体：当温度下降到绝对零度时，完整的理想晶体（无缺陷、杂质），由于晶格振动被冻结，其电阻为零。磁通线可以穿透没有电阻的理想导体。当外部磁通变化时，根据楞次(Lenz)定律，理想导体中产生的感生电流所引起的磁通变化将抵消其体内磁通量的变化。超导体：给超导体施加不太强的磁场时，磁力线都无法穿透超导体，超导体内的磁感应强度始终保持为零。这种完全的抗磁性称为迈斯纳（Meissner）效应，它是超导体的另一重要特性。超导体是一种热力学平衡态。 20.简述燃料电池的工作原理。 答：燃料电池工作原理：主要是利用氢气进入电池组，经由扩散层，与触媒层中的触媒作用后，氧化为氢离子（质子）并释放出电子，同时在阴极与氧气发生反应产生电位差发电。下列为阴极、阳极反应及总反应：阳极(电池负极)半反应：H2→2H++2e- 阴极(电池正极)半反应： 2H++½O2+2e-→H2O总反应： H2+½O2→H2O ΔE=1.229V ( l atm、25℃) 21.形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆高分子材料产生形状记忆效应的机理。 答：记忆合金之所以具有形状记忆效应,是因为这些合金在温度变化时发生了热弹性马氏体相变。马氏体相变可由两种方式产生：①降低温度(冷却) – 热致马氏体②施加应力 – 应力诱发马氏体。形状记忆行为也对应于两种模式：①记忆效应—温度变化--形状恢复②超弹性(伪弹性) —外力--形状恢复。 形状记忆陶瓷：应力诱发马氏体相变。 形状记忆高分子材料：热致敏感型SMP一般都是由防止树脂流动并记忆起始态的固定相与随温度变化能可逆固化和软化的可逆相组成。可逆相：物理交联结构－结晶态、玻璃态。固定相：物理交联结构（热塑性）或化学交联结构（热固性）。 22.试述染料敏化电池的光伏作用。 答： ⑴ 以染料为吸光材料，染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态；⑵ 处于激发态的染料分子将电子注入到纳米二氧化钛半导体的导带中；⑶ 电子扩散至导电基底，后经电极流入外电路中；⑷ 处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生；⑸氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环。其中，电解质是由I/I3+溶于有机溶剂中形成。 23.解释磁记录单元的体积局限性。 答：由于超顺磁效应的存在，当磁记录单元的粒度很小时，其磁能将不足以抗拒热能的干扰，即便在常温下，也会受到“热扰动”的作用，使磁体的极性从有序变成无序，导致磁记录单元的整体极性消失，难以保持稳定的磁性能，最终造成数据的永久性丢失。因此，缩小磁记录单元的体积是有限的。 24.复合材料分类： 按照用途可以分为：结构复合材料：主要用作承力、次承力结构，要求质量轻、强度和刚度高，且能耐受一定温度；功能复合材料：除力学性能以外，还提供物理性能的复合材料，由功能体和基体组成。按照基体不同可分为：树脂基复合材料＜500℃（老化）金属基复合材料＜1250℃（界面）陶瓷基复合材料＜1650℃（脆性）碳/碳复合材料＞3000℃（氧化）。按增强体分有：纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、片状增强复合材料和层叠式复合材料。 25.高温结构陶瓷优点有哪些？陶瓷材料存在问题是什么，应该如何改进？ 答：优点：①在1000℃以上，较高温合金具有密度低、比强度高、优异的耐高温、耐高温腐蚀性能。②高温使用环境条件下，不需要冷却系统，发动机的燃烧消耗减少17%~40%。③适用多种燃料，节省能源、金属资源。 存在问题及改进方法：①脆性大、塑韧性低：陶瓷材料几乎没有塑性，难以通过塑性变形阻止裂纹扩展。加强陶瓷韧化的基础，通过新的韧化途径进一步大幅度提高陶瓷材料的韧性；用在十分严酷的工况条件下，注意避免冲击碰撞和大的拉应力。②成本高：先进陶瓷首先对原料粉末提出了苛刻的要求。制造工艺复杂，制造成本较高。③陶瓷强度设计与陶瓷材料的合理使用：与金属材料相比，陶瓷材料强度特别是高温强度并不差，但塑韧性很低，抗拉强度大大低于抗压强度。另一方面陶瓷加工性能很差，除精细的磨加工外，其它形式的机械加工难以进行，且成本很高。把陶瓷材料应用于很软的应力状态，即在该应力状态下材料内部的拉应力分量很小，压应力或剪应力分量可以很大，这是陶瓷材料开展产品设计和服役要考虑的问题。 26.氧化物陶瓷的优点有哪些？ 答：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。 27.先进复合材料含义：专指可用于主承力结构或次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。主要为高性能纤维（硼纤维、碳纤维、芳纶等）增强的树脂基复合材料。从技术成熟程度与应用范围看，碳纤维复合材料，尤其是碳纤维树脂基复合材料最为突出。 28.复合材料特点：质轻高强可设计抗疲劳、损伤耐腐蚀整体成型结构/功能一体化。 29.复合材料技术发展的关键问题：1）材料--基础：材料的高性能化、多功能化与纤维/树脂匹配问题；2）制造--关键：自动化、低成本问题；3）设计--先导：设计理念与验证方法；4）检测--保障：精细检测与可靠性分析。 30.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）成型工艺含两个过程：成形与固化；3) 复合材料结构可实现整体成型。成形：赋予构件形状，包括物理变化（流动浸润）、化学—物理耦合变化（粘流，密实）；固化：固定构件形状，化学变化（固化反应）。 31.先进金属基结构复合材料与传统金属材料相比优点有：与金属相比优点有：耐高温、高比强、高比模、热膨胀系数小和抗磨损。 32.碳/碳复合材料的特点:①高温下的稳定性；②低密度；③优异的抵抗热冲击能力；④有石墨良好的抗侵蚀性；⑤良好的冲击强度；⑥相当于金属的强度。 33.复合材料制造技术发展趋势： 液体成型复合材料技术：最重要的低成本工艺方法; 自动化制造技术：实现大型构件制造的必要前提; 大面积整体成型技术：降低重量、减少装配量的途径; 非热压罐成型技术：减少设备投资和能耗; 数字化制造技术:有效控制制造质量的关键技术;达到提高生产率保证高质量实现低成本、增强可靠性的目的。 34.举例几种结构和功能复合材料。 结构复合材料：聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳碳复合材料。功能型复合材料：导电复合材料、透波材料和吸波材料、热适应复合材料和耐烧蚀防热复合材料、摩擦复合材料、自修复陶瓷复合材料。 35.复合材料的特点与优势： （1）质轻高强：高比强，高比模，4~5倍于传统材料；（2）可设计性：可进行非均匀性，各向异性，多相性，气动/结构耦合设计；（3）抗疲劳、损伤；（4）耐腐蚀；（5）整体成型,减少零件和装配；（6）结构/功能一体化。综合性能：具有传统材料难以比拟的优点 36.陶瓷材料定义： 定义：以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经原料处理、成型、干燥、烧成等工序制成的产品 37.特种陶瓷：与传统陶瓷区别：以高纯化工试剂为原料；体系单一，单一主晶相为主；形态多样，块材、薄膜、复合材料。特性：高熔点、高硬度、热膨胀系数小 38.陶瓷的制备过程：粉体：高纯度，相组成（α、β氮化硅），颗粒尺寸、颗粒形态、粒径分布、比表面积均有影响；成型：将陶瓷粉体制备成一定形状的素坯，密度高均匀性好的成形体是获得优质陶瓷的关键，希望近净尺寸成形。方法有干压成形、胶体成形等。烧结：常压烧结、热压烧结、电弧等离子放电烧结 39.陶瓷化过程的主要问题和解决途径：放出气体；产生较大的体积收缩（20-30%线收缩）；裂纹与气孔；只能获得小尺度（几百微米）致密体（纤维、涂层、泡沫体）解决途径：多次浸渍---裂解，填料 40.有机前驱体裂解陶瓷定义、特点和基本特性、应用：采用有机硅为原料，通过高温裂解无机化制备无机陶瓷材料。特点：1.利用有机-无机转化的活化作用在较低温度获得高共价键材料2.在有机分子合成过程设计分子结构，能获得其他方法无法获得的材料体系（SiCN、SiCO）3.能够获得高均匀性高共价键非晶体，高温稳定性好4.有机前驱体易纺丝、易液态成型；基本特性：（1）固态、液态；（2）热塑性（熔融）；（3）可溶于有机溶剂；（4）可热交联。应用：（1）高性能高温纤维；（2）高温陶瓷基复合材料；（3）MEMS、NEMS；（4）多孔材料；（5）薄膜. 41.氧化物陶瓷：熔点高于SiO2的氧化物；特点：高强度、耐磨损、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、电绝缘 42.碳化物陶瓷：高熔点、高硬度、高温抗氧化、脆 43.MAX相陶瓷—可加工陶瓷：Mn+1AXn: M(过渡金属) + A(三、五主族元素) + X(C or N)；金属性：高导热、高导电、低硬度、高损伤容限、高抗热震性、可加工性；陶瓷性：高刚度、高温高强度、抗氧化、抗腐蚀 44.航空航天材料中的陶瓷：热障涂层（ZrO2）、陶瓷型芯（Al2O3/SiO2）、高温陶瓷基复合材料(Cf/SiC,SiCf/SiC)、高温透波材料（SiO2、Si3N4）、高温、超高温热防护材料（ZrB2、SiC） 45.热电材料有哪些主要种类？有什么特点？功能？ 目前热电材料的选择可依其运作温度分为三类： (1)碲化铋及其合金：这是目前被广为使用于热电致冷器的材料，其最佳运作温度<450℃。 (2)碲化铅及其合金：这是目前被广为使用于热电产生器的材料，其最佳运作温度大约为1000℃。 (3)硅锗合金：此类材料亦常应用于热电产生器,其最佳运作温度大约为1300℃。 热电材料是一类具有热效应和电效应相互转换作用的新型功能材料，利用热点材料可将热能与电能进行直接转化。其优点如下: （1）体积小,重量轻，坚固,且工作中无噪音;（2）温度控制可在±0.1℃之内;（3）不必使用CFC(CFC氯氟碳类物质，氟里昂。被认为会破坏臭气层)，不会造成任何环境污染;（4）可回收热源并转变成电能(节约能源)，使用寿命长，易于控制。 46.复合材料定义：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合成一种新的固体材料。 47.雷达隐身涂层的主要作用是什么？现有隐身涂层技术的局限性有哪些？ 答：主要作用：隐身涂层主要用于对付工作在2-18GHz的雷达，使其发射的电磁波在涂层内部大幅度衰减，从而降低反射到接收天线的电磁波能量。 局限性：①涂层厚度较大，一般在2mm左右，小于0.5mm的涂层隐身功能不理想；②涂层面密度较大，一般在4Kg/m2以上；③合格带宽较窄，一般在8～12GHz或8～18GHz；④吸波能力不够强，一般不超过-10dB。 48.什么是生态环境材料？ 答：诞生于20世纪90年代初，由日本东京大学环境材料研究所的的山本良一教授提出，指的是具有先进性、环境协调性和舒适性的新型材料。a.先进性：发挥其优异的材料性能；b.环境协调性：资源能源消耗少、污染小和再生利用率高。c.舒适性：人们乐于接受与使用，强调其优良的使用性能。后经修订，生态环境材料是指同时具有满意的使用性能\可接受的经济性能和优良的环境协调性，或能够改善环境的材料, 并在其制备加工过程中对资源、能源消耗少，对环境影响小，再生利用率高。 49.新能源材料主要包括哪几种材料？ 答：①新型二次电池材料；②太阳电池材料；③燃料电池材料；④其他材料：超导材料，核材料。 50.锂离子电池的工作原理是什么？阴级和阳极有那些典型材料？ 答：工作原理：锂离子电池是由两个能可逆的嵌入与脱嵌的锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。充电时,锂离子从正极中脱嵌, 在负极中嵌入, 放电时反之。 负极材料：①金属锂，②锂合金（LiAl, LiPd, LiSn, LiBi, LiIn, LiAlFe, LiAlB, LiSi等），③碳负极材料（石墨、碳纤维、石油焦、无序碳和有机裂解碳），④氧化物材料（LiWO2, Li6Fe2O5, LiNb2O5），⑤其他负极材料：纳米合金、Li3-xMxN (M为Co、Ni、Mn、Fe)，Mg2Ge等。 正极材料：①LiCoO2正极材料，②LiNiO2正极材料，③LiMn2O4正极材料，④复合正极材料：LiNixCo1-xO2复合氧化物，改性LiMyMn2-yO4复合正极材料(M=Co,Cr,Ni,Al)，⑤有机硫化物正极材料，⑥导电高分子正极材料（碳酸丙稀脂PC）。 51.什么是计算材料学？常用的有那些方法？原理是什么？ 答：是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。它涉及材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。 常用的方法有：第一原理从头计算法，分子动力学方法，蒙特卡洛方法，有限元分析等。 52.高温氧化的概念是什么？防止高温氧化有什么方法？ 答：高温氧化是指材料在高温下与环境的气相或凝固相发生化学反应，导致材料变质或破环的过程。 防止高温氧化的方法有：增加防护涂层，合金化、表面处理，包埋渗处理等。 53.什么是结构材料的多相组织设计？举例说明其理论背景？ 单相组织往往在具有一些优良性能的时候存在其他的致命的缺点，而限制其制备或者应用，因此，往往在材料中引入多相组织来克服缺点的同时保持优点 54.什么是二次电池材料？锂电池和金属H电池有什么特点。 答：二次电池材是指可反复充放电循环使用的材料。 锂电池：锂离子电池是由两个能可逆的嵌入与脱嵌的锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。充电时,锂离子从正极中脱嵌, 在负极中嵌入, 放电时反之。 金属H电池： Ni/MH电池有如下优点： （1） 能量密度高（同尺寸1.5～2倍）； （2）无镉污染—绿色电池； （3）可大电流快速充放电； （4）工作电压1.2V，与Ni/Cd电池有互换性正极材料（ Ni(OH)2 ）；负极材料（储氢材料）。 55.航空飞行器使用的材料 机体材料：大量采用高比强度和高比模量的轻质、高强、高模材料——提高飞机的结构效率，降低飞机结构重量系数；树脂基复合材料和钛合金用量增加；传统铝合金和钢材的用量减少。 发动机材料：1、某些部件必须采用轻质超高温材料2、大量采用高温、轻质、高比强/高比模材料3、需要大量各类钛合金4、材料抗氧化能力要求更高5、密封、隔热、润滑、轴承要求更高 机载设备材料：1、缺陷密度极低2、针对不同用途对其物理性能（光、声、电、磁、热）要求高3、加工、成形、联结、涂覆技术不能对材料物理性能和装备功能产生有害影响。 56.NiAl金属间化合物的主要问题以及改善措施？ 主要问题是室温塑性和韧性差，高温强度不足。 微合金化：主要元素有Fe，Ga，Mo，B和La等，加入量一般小于1%（摩尔分数），可提高NiAl的室温塑性，增加晶界结合力和协调变形； 固溶元素：主要有Fe, Co，还有Cu和Mn。添加大量的Fe和Co使固溶度提高； 伪共晶元素：Cr，Mo，还有V,W等，从而形成β+γ或β+(γ+γ/)共晶组织，同时塑性相 γ+γ/ 能提高合金室温塑性提高室温韧性； 沉淀相形成元素：主要有Hf和Zr，还有Y,Sc,Ti，V,Nb,La和Ta等，以提高高温强度，但同时会引起塑韧性的下降。 57.Co合金的研究过程： 传统Co基高温合金：主要的相组成：面心立方的奥氏体基体γ和一种或多种碳化物相,其中碳化物相为主要强化相。优点及应用：在高温抗热腐蚀方面，抗热疲劳性能和焊接性方面的具有一定优越性。主要工作在730～1100℃条件下，应用于航空发动机涡轮导向叶片中.存在问题：与传统的Ni基高温合金相比，不具备γ/γ’双相组织形成共格强化，高温机械性能差，中温强度低。 新型Co基高温合金：Co-9Al-9W合金主要的相组成：面心立方的连续奥氏体基体γ和共格有序的 A3B型金属间化合物γ’ 相Co3(Al，W)相;优点及应用： 提高了钴基高温合金的高温机械性能。 存在问题：由于存在元素W，合金比重较大。此外，热处理和加工工艺对性能影响方面的研究匮乏。 合金化及原则 新型Co合金的研究方向：1、元素对γ’相固溶温度的影响，对相组成和显微组织的影响，成分与组织设计2、组织与力学性能关系3、组织与氧化性能关系研究方法：1、成分设计：变换组成成分，增加Co元素，减少W元素 2、分析组织结构以及各相成分，分析元素变化对结构的影响 3、测量合金室温和高温下的各种力学性能，如压缩断裂，拉伸断裂，屈服强度 58.Ir基高温合金的特性 金属：熔点高，比重大，原子间结合力强，组织稳定，有一定的塑韧性，易于加工，与Hf、Zr、Nb、共晶反应产生强化作用 59.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：磁性材料在磁场中磁化时，它沿磁场方向的长度发生伸长和缩短的现象，可实现电/磁能和机械能之间的转换 压电材料：正压电效应：在某些特定方向上对压电晶体加力时，在与力方向垂直的平面内出现正负束缚电荷的现象。 电致伸缩效应：电介质在电场作用下产生的应变与电场强度的平方成正比 电流变体：在电场作用下电流变液中的电介质颗粒自发极化，产生静电引力使得颗粒排成链状或者柱状结构，流体由液体变成固体，电场减弱或者消失，则恢复到初始状态。 光纤材料：应变和温度测量、复合材料固化检测、损伤评估、建筑结构安全监测 智能高分子：对物理和化学刺激产生响应，如形状或物理性质发生改变的高分子材料。 60.机体材料选用趋势： （1）大量采用高比强度和高比模量的轻质、高强、高模材料——提高飞机的结构效率，降低飞机结构重量系数 （2）树脂基复合材料和钛合金用量增加 （3）传统铝合金和钢材的用量减少 61.航天功能材料： （1）微电子元器件材料 （2）光电子元器件材料 （3）信息材料（传输、存储和显示） （4）传感器敏感元件材料 （5）隐身和智能材料 62.金属间化合物结构材料主要包括： （1）Al化物：Ti-Al；Ni-Al；Fe-Al系 （2）Si化物：Mo-Si系；Nb-Si系 （3）难熔金属间化合物：W、Mo、Ta、Nb、Zr、Hf、Re、Cr、V 63.高温合金的分类： 变形合金、铸造合金、粉末冶金高温合金； 64.电功能陶瓷有哪些？ 导电/电绝缘陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷。 65.纳米材料基本特征：1. 量子尺寸效应2. 小尺寸效应 3. 表面效应4. 宏观量子隧道效应。 66.磁记录的三种方式：水平磁记录、垂直磁记录、分立垂直磁记录。 67.软磁材料定义、特点、用途、分类和发展方向： 定义：容易反复磁化，且在外磁场去掉后，容易退磁的材料。 特点（发展方向）：高饱和磁感应强度、矫顽力Hc低（<100A/m)、高磁导率、磁滞损耗小、稳定性高。 用途：家用电器、电力电信、计算机。 分类：合金、铁氧体、非晶、纳米晶软磁材料。 68.永磁材料定义、特点、应用和发展： 定义：难以磁化，且除去外磁场后，仍能保留高剩余磁化强度的材料； 特点：高矫顽力Hc>1000A/m、高剩磁、大磁能积、高居里温度、良好的耐蚀性和热稳定性； 应用：扬声器、电子管、选矿机； 发展：AlNiCo永磁体→永磁铁氧体→ 稀土永磁材料。 69.磁性液体组成、特点、制备方法和用途： 组成：磁性微粒、界面活性剂、载液； 特点：可在磁场下运动、流动性、各向异性； 制备方法：化学共沉淀法、热解羰基化合物； 用途：扬声器、磁密封。 70.新型多功能磁性纳米粒子的应用： 生物分离、药物靶向、磁共振成像、免疫检测方面的应用。 71.能源、能源材料的定义： 能源：可以直接或间接提供人类所需的光、热、电、动力等任何形式的载能体资源； 能源材料：实现能源的转化和利用，以及发展能源技术所涉及的关键材料。 72.影响太阳能电池转化效率的因素：禁带宽度、温度、少数载流子寿命、掺杂浓度及其分布、光强、电池电阻。 73.RTM工艺的优点： （1）降低工艺成本；（2）减少工艺优化时间；（3）提供各种影响因素的定量分析）；（4）估算生产周期。 74.自动化制造技术：自动下料、激光定位、自动铺放、自动化生产线、自动化无损检测、自动化装配。 75.材料自适应、磁致伸缩、智能高分子、耗散结构理论定义： （1）对环境变化因素自发做出的适应性反应； （2）磁性材料在磁场中磁化时，它沿磁场方向的长度发生伸长和缩短，这一现象称为磁致伸缩。 （3）对物理和化学刺激产生响应，如形状或物理性质发生改变的高分子材料。 （4）一个开放体系与外界环境存在着物质和能量的交换，从而维持在一种非平衡的有序状态。 76.光纤材料的应用：应变和温度测量；复合材料固化监测；损伤评估；建筑结构安全监测。 77.生物材料：对生物体进行诊断、治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料。 78.形状记忆合金、形状记忆效应、超弹性的定义以及形状记忆合金的应用： （1）一种具有形状记忆效应和超弹性的金属智能材料. （2）合金在低温马氏体态即使变形超过弹性极限，在加热后仍然能够恢复到原来的形状。 （3）合金在奥氏体态变形超过弹性极限，卸载后仍能回到原来形状。 （4）航空管路连接、降噪、减重吸能、航天器用分离机构、异质材料连接、眼镜框、牙齿矫形丝。 79.生物相容性两种反应及其定义：生物医用材料与生物系统直接结合，会产生两种反应：材料反应和宿主反应。材料反应：活体系统对材料的作用，即材料在生物活体中的响应。宿主反应：材料对活体系统的作用。 80.生物医用材料在生物体内的活性分类：惰性生物材料：植入体内后与周围组织之间形成纤维包膜；表面活性材料：植入体内后材料能与周围骨组织形成牢固的化学键结合(骨性结合)；可降解（吸收）材料：植入体内后会逐渐被降解、吸收，被新生组织代替。 81.甲壳素及其衍生物的生物特性：生物相容性好、生物活性优异、生物降解性好。 82.先进树脂基复合材料应用现状和发展趋势。应用现状：飞机减重、发动机冷端部件、交通运输、风力发电、海上石油开采。发展趋势：高耐热、低温固化高温使用、高强韧、特殊功能、良好工艺性、良好浸润性。 83.我国先进树脂基复合材料应如何发展？（1）由于对航空航天发展有着重要作用，故应加强基础研究跟踪国外发展；（2）发展低成本技术；（3）重视民品产业发展；（4）重视环保问题。 84.民用先进树脂基复合材料关心哪些主要问题？成本问题、可维修性、可回收性