【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)熱電材料：溫度升高，材料的電導(dǎo)率下降。這類材料主要是摻雜半導(dǎo)體陶瓷如鑭摻雜鈦酸鋇，鈦酸鍶陶瓷等。什么是生物陶瓷材料？它應(yīng)具有哪些要求？答：生物陶瓷材料：用于人體器官替換、修補(bǔ)以及外科矯形的陶瓷材料。要求：具有良好的力學(xué)性能，在體內(nèi)難于溶解，不易氧化，不易腐蝕變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好，耐磨且有一定的潤(rùn)滑性，和人體組織的親和性好，組成范圍寬，易于成形等。 (—)填空題材料主要的工藝性能有 鑄造性能 、 鍛造性能 、 焊接性能 、和 切屑性能。熱敏電阻陶瓷可分為正溫度系數(shù)（PTC）熱敏陶瓷、負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏陶瓷和臨界溫度系數(shù)（CTR）熱敏陶瓷。1判斷材料是否具有超導(dǎo)性，有兩個(gè)基本特征：一是（超導(dǎo)電性），二是（完全抗磁性）。1陶瓷材料的性能：具有（高熔點(diǎn)）、（高硬度）、高化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫、耐磨、耐氧化、耐腐蝕、（彈性模量大）等特點(diǎn)，但（塑性）、（韌性）、可加工性、抗熱震性、使用可靠性不如金屬材料。1普通陶瓷的主要原料是（黏土）（石英）（長(zhǎng)石）。陶瓷生產(chǎn)工藝過程比較復(fù)雜，但基本的工藝可分為（原料配制）、（坯料成型）、（制品燒結(jié)）等三大步驟。2黏土是一種含水的鋁硅酸鹽礦物，其主要成分為（SiO2）、（Al2O3）、H2O、Fe2OTiO32陶瓷的質(zhì)量取決于原料的（純度）、細(xì)度、坯料的均勻性、（成形密度）、（燒結(jié)溫度）和窯內(nèi)氣氛、冷卻速度等。2硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，但構(gòu)成它的基本單元都是（[SiO4] ）四面體，（四個(gè)氧離子）緊密排列成四面體，（硅離子）位于四面體心的間隙中。2根據(jù)Al2O3陶瓷瓷坯中主晶相的不同，可將Al2O3陶瓷分為（剛玉瓷）、（剛玉—莫來石瓷）、（莫來石瓷）等。2SiC陶瓷具有（高硬度）和（高溫強(qiáng)度），莫氏硬度13，在1400℃高溫下仍能保持相當(dāng)高的抗彎強(qiáng)度，所以它主要用作高溫結(jié)構(gòu)材料。另外它有很高的（熱傳導(dǎo)能力），可作高溫下的熱交換器、核燃料包裝材料等。2功能陶瓷性能的調(diào)節(jié)優(yōu)化方法有非化學(xué)式計(jì)量、（離子置換）、（摻雜）等，另外還可通過改變工藝條件而改變陶瓷的（結(jié)構(gòu)），從而改變陶瓷的性能。2生產(chǎn)硅酸鹽水泥的主要原料是石灰質(zhì)原料和粘土原料，石灰質(zhì)原料提供CaO， 粘土原料提供Al2OSiOFe2O3。2立構(gòu)可分為手性碳原子產(chǎn)生的光學(xué)異構(gòu)體和分子中雙鍵或環(huán)上的取代基空間排布不同的幾何異構(gòu)體。2手性碳原子構(gòu)型包括全同立構(gòu)、間同立構(gòu)和無(wú)規(guī)立構(gòu)三種；雙鍵幾何構(gòu)型包括順式和反式兩種。高分子具有分子量大、分子量不均一、分子間作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于共價(jià)鍵鍵能，所以高分子無(wú)氣態(tài)。3鏈鎖聚合分為自由基聚合、陰離子聚合、陽(yáng)離子聚合和配位聚合。不同單體具有不同的聚合類型，其決定因素是碳碳雙鍵上的取代基，即取代基的電子效應(yīng)和位阻效應(yīng)。3高分子材料力學(xué)性能的最大特點(diǎn)是高彈性和粘彈性。其最大的缺點(diǎn)是低耐熱和易老化。3復(fù)合材料的基本組分可劃分為（基體相）和（增強(qiáng)相）3（界面）對(duì)復(fù)合材料特別是力學(xué)性能起著極為重要的作用。3對(duì)于單向排列的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，當(dāng)材料產(chǎn)生裂紋的平面垂直于纖維時(shí)，裂紋擴(kuò)展受阻，要使裂紋繼續(xù)擴(kuò)展必須提高（外加應(yīng)力），克服纖維（拔出功）和纖維（斷裂功）。3樹脂基和金屬基復(fù)合材料設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是提高基體室溫和高溫（強(qiáng)度）及（彈性模量）。陶瓷基復(fù)合材料設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是（增韌）。3復(fù)合材料的性能取決于組分材料的性能、（數(shù)量）、（分布方式）和（界面結(jié)構(gòu)）。樹脂基復(fù)合材料界面的形成可分成兩個(gè)階段：第一階段是基體與增強(qiáng)纖維的（接觸與浸潤(rùn)）過程，第二階段是樹脂的（固化）過程。4復(fù)合材料界面結(jié)合力包括(宏觀結(jié)合力)和(微觀結(jié)合力)，前者指材料的幾何因素，如表面凹凸不平、表面裂紋和孔隙等產(chǎn)生的機(jī)械絞合力，后者主要包括化學(xué)鍵和次價(jià)鍵，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。4纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料界面類型有（纖維與基體互不反應(yīng)也不溶解）、（纖維與基體不反應(yīng)但相互溶解）、（纖維與基體相互反應(yīng)形成界面反應(yīng)層）三種。4生物材料與機(jī)體組織發(fā)生直接接觸與相互作用時(shí)，會(huì)發(fā)生損傷機(jī)體的（宿主反應(yīng)）和損壞材料性能的（材料反應(yīng)）。4材料具有超導(dǎo)性的兩個(gè)基本特征：一是（超導(dǎo)電性），二是（完全抗磁性）。4納米材料的特異效應(yīng)可歸納為（表面效應(yīng)）、（小尺寸效應(yīng)）、（量子尺寸效應(yīng)） 和宏觀量子隧道效應(yīng)。 4材料產(chǎn)生超導(dǎo)的三個(gè)臨界條件分別是（臨界溫度）、（臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度）、（臨界電流密度）。 50、納米材料可分為（納米粉末）、（納米纖維）、納米膜、納米塊體、納米復(fù)合材料等。5納米材料表明效應(yīng)是指隨納米微粒粒徑的減小，比表面積急劇（增加），位于表面原子數(shù)占全部原子數(shù)的比例（增大），同時(shí)表面能也迅速（增加）的現(xiàn)象。(二)判斷題1材料的使用性能由材料的性質(zhì)與材料服役條件、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與加工決定。（ √ ）2BaTiO3陶瓷具有多種功能，即具有壓電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)、鐵電效應(yīng)和對(duì)外界條件敏感的特性，因此它可以制作振子、熱—電轉(zhuǎn)換器、電容器和溫度傳感器等。（√）2陶瓷的物理、化學(xué)、力學(xué)性能主要取決于主晶相。（√）2莫來石是特種結(jié)構(gòu)陶瓷的主晶相。（） 2在氧化物Al2OZrOBeO陶瓷中，導(dǎo)熱系數(shù)最大的是BeO陶瓷。（√）在氧化物Al2OMgO、CaO、BeO陶瓷中，抵抗碳還原作用最強(qiáng)的BeO陶瓷。（√）3碳化物陶瓷材料是一種耐熱高溫材料，且許多碳化物的熔點(diǎn)都在3000℃以上，而且其硬度也很高。（√）3金屬和陶瓷中的點(diǎn)缺陷均降低導(dǎo)電性。（）3ZrO2經(jīng)穩(wěn)定化處理后有氧空位存在，所以可作器敏元件。（√）ZrO2固體電解質(zhì)在一定條件下有傳遞氧離子的特性，所以可制成鋼液氧探頭等。（√）4壓敏電阻是指電阻值對(duì)外加電壓敏感，即電壓提高，電阻率隨之升高。（）5合成高分子材料的原料單體均是有機(jī)化合物。（）5發(fā)生逐步聚合反應(yīng)的單體必須帶有至少2個(gè)官能團(tuán)，只有這樣才能生成大分子。（√）5縮聚反應(yīng)和逐步開環(huán)反應(yīng)均會(huì)析出水分子。（）5自由基聚合能發(fā)生鏈終止反應(yīng)，而陰離子聚合和陽(yáng)離子聚合不能發(fā)生鏈終止反應(yīng)。（）5高分子鏈具有柔軟性，在無(wú)外力作用時(shí)總是卷曲的，構(gòu)象數(shù)最大。（√）5高聚物結(jié)晶和金屬結(jié)晶一樣容易。（）60、鏈段運(yùn)動(dòng)和整段運(yùn)動(dòng)均需在溫度T＞Tf才可實(shí)現(xiàn)。（）6高分子特有的特征是單個(gè)高分子鏈也存在凝聚態(tài)。（√）6纖維增強(qiáng)復(fù)合材料承受載荷的主體是增強(qiáng)纖維。（ √ ）6彌散顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料承受載荷的主體是顆粒。（ ） 基體6純顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料承受的載荷由基體和增強(qiáng)顆粒共同承擔(dān)。（ √ ）6樹脂基復(fù)合材料界面比金屬基復(fù)合材料界面復(fù)雜。（ ）6玻璃纖維增強(qiáng)尼龍剛度、強(qiáng)度和減摩性好，可替代非鐵金屬制造軸承、組成軸承架和齒輪等精密零件。（ √ ）6玻璃纖維可用于增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。（）6與熱塑性玻璃鋼相比，熱固性玻璃鋼具有更高的強(qiáng)度、疲勞性、沖擊韌性和抗蠕變能力。（）70、石墨/鎂復(fù)合材料在金屬基復(fù)合材料中具有最高的比強(qiáng)度和比模量。（ √）7Cf/C復(fù)合材料是目前使用溫度最高的材料。（ √）7納米技術(shù)研究電子、原子、分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律、特性的尺度空間一般在1~100nm范圍內(nèi)。（ √ ）7納米材料是指在三維空間均處于納米尺度范圍的材料。（ ）73nm的金顆粒熔點(diǎn)高于塊體金。（ ）7隨納米材料尺寸的減少，其能級(jí)之間的距離會(huì)增大。（ √ ）8制備非晶材料的關(guān)鍵在于提高材料的非晶形成能力和獲得足夠高的冷卻速度。（ √ ）8超導(dǎo)體呈現(xiàn)的超導(dǎo)現(xiàn)象只取決于溫度的大小。（ ） (三)選擇題1 低碳鋼拉伸試驗(yàn)時(shí)，其變形過程可簡(jiǎn)單分為 A 幾個(gè)階段。 A．彈性變形、塑性變形、斷裂 B．彈性變形、斷裂 C 塑性變形、斷裂 D．彈性變形、條件變形、斷裂 2．低碳鋼拉伸應(yīng)力一應(yīng)變圖中，σE曲線上對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力值稱為C A．彈性極限 B．屈服強(qiáng)度 C 抗拉強(qiáng)度 D．?dāng)嗔褟?qiáng)度3．材料開始發(fā)生塑性變形的應(yīng)力值叫做材料的 A A．彈性極限 B．屈服強(qiáng)度 C 抗拉強(qiáng)度 D．條件屈服強(qiáng)度什么是復(fù)合材料？其應(yīng)具備哪些特征？復(fù)合材料 —— 指利用先進(jìn)的材料制備技術(shù)將兩種（以上）性質(zhì)不同的材料優(yōu)化組合而成的新材料。特征：⑴是根據(jù)需要設(shè)計(jì)制造的人造材料。⑵必須由兩種及兩種以上不同組分與性能的材料組成，而且各組分間有明顯界限。⑶具有結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性。⑷具有單一組分材料所不能達(dá)到的特殊、綜合性能。4復(fù)合材料性能特點(diǎn)有哪些？性能特點(diǎn) —— 比強(qiáng)度和比模量高{比強(qiáng)度 = 強(qiáng)度/密度 MPa /（g/cm3）, 比模量 = 模量/密度 GPa /（g/cm3）。}；抗疲勞與斷裂安全性好（陶瓷基復(fù)合材料的脆性得到明顯改善）；良好的減震性、高溫性能（樹脂基復(fù)合材料的最高耐溫上限為350 176。C；金屬基復(fù)合材料按不同的基體性能，其使用溫度在350 174。 1100 176。C范圍內(nèi)變動(dòng)；陶瓷基復(fù)合材料的使用溫度可達(dá)1400176。C；碳/碳復(fù)合材料的使用溫度最高可達(dá)2800176。C）；化學(xué)穩(wěn)定性（樹脂基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料）；還有較好的耐燒蝕性、耐輻射性、耐蠕變性以及特殊的光電磁性能。4簡(jiǎn)述復(fù)合材料基本結(jié)構(gòu)的特征？并舉例說明。 答: 復(fù)合材料的基本結(jié)構(gòu)由基體和增強(qiáng)相兩個(gè)組分構(gòu)成： 基體：構(gòu)成復(fù)合材料的連續(xù)相；如:非金屬基（樹脂、橡膠、陶瓷），金屬基（如，鋼）。 增強(qiáng)相：復(fù)合材料中獨(dú)立的形態(tài),分布在整個(gè)基體中的分散相，這種分散相的性能優(yōu)越，會(huì)使材料的性能顯著改善和增強(qiáng)。 增強(qiáng)相一般較基體硬，強(qiáng)度、模量較基體大，或具有其它特性。可以是纖維狀、顆粒狀或彌散狀。 增強(qiáng)相與基體之間存在著明顯界面。 　實(shí)例：玻璃鋼 —— 玻璃纖維增強(qiáng)塑料　輪胎 —— 纖維增強(qiáng)橡膠　鋼筋混凝土 ——陶瓷基復(fù)合材料　　4常見復(fù)合材料有哪些？并說明各具有哪些性能和用途？玻璃鋼 　增強(qiáng)劑 —— 玻璃纖維（主要是SiO2），比強(qiáng)度和比模量高，耐蝕，絕緣?！』w（粘結(jié)劑）——熱固性的酚醛、環(huán)氧樹脂，熱塑性的聚脂?！⌒阅埽ㄅc基體相比）—— ( 比 ) 強(qiáng)度，疲勞性能，韌性，蠕變抗力高?！∮猛?—— 軸承，軸承架，齒輪，車身。碳纖維樹脂復(fù)合材料　增強(qiáng)劑 —— 碳纖維 ( 石墨 ) ，強(qiáng)度和彈性模量高，且2000℃以上保持不變；180℃不變脆。 　粘結(jié)劑（基體）—— 環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，聚四氟乙烯?！⌒阅埽ㄅc基體相比）—— 密度比鋁低，強(qiáng)度比鋼，模量比鋁合金和鋼高，疲勞性能，沖擊韌性，耐蝕摩擦系數(shù)小，導(dǎo)熱性好，是一種新型結(jié)構(gòu)材料。　用途 —— 衛(wèi)星和火箭外殼、機(jī)架、天線構(gòu)架，齒輪，軸承，活塞，密封圈，化工容器。硼纖維樹脂復(fù)合材料——是一種尖端復(fù)合材料增強(qiáng)劑 —— 硼纖維, σb=2750～3140MPa，E=382～392MPa（4倍于玻纖）?！』w —— 環(huán)氧樹脂等?！⌒阅?—— 抗壓、剪切和疲勞強(qiáng)度高，蠕變小，硬度和彈性模量高，耐輻射, 化學(xué)穩(wěn)定（水, 有機(jī)溶劑, 燃料, 潤(rùn)滑劑）, 導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能好?！∮猛?—— 航空和宇航材料。硼纖維金屬?gòu)?fù)合材料　基體 —— 鋁鎂及其合金，鈦及其合金?！⌒阅?—— 如鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度、彈性模量、疲勞極限高于高強(qiáng)鋁合金，比強(qiáng)度高于鋼和鈦合金 。　用途 ——航空、火箭 。4單向排布長(zhǎng)纖維陶瓷基復(fù)合材料是如何達(dá)到增韌目的的？單向排布長(zhǎng)纖維增韌陶瓷復(fù)合材料具有各向異性，沿纖維長(zhǎng)度方向的性能大大高于橫向性能。當(dāng)材料產(chǎn)生裂紋的平面垂直于纖維時(shí)，裂紋擴(kuò)展受阻，要使裂紋繼續(xù)擴(kuò)展必須提高外加應(yīng)力，克服纖維拔出功和纖維斷裂功。另外，裂紋在發(fā)展過程中會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向，增加裂紋擴(kuò)展阻力，從而進(jìn)一步提高韌度。總之，在單向排布纖維陶瓷復(fù)合材料中，韌度的提高來自于：纖維拔出、纖維斷裂和裂紋擴(kuò)展。4為什么說金屬基復(fù)合材料界面層成分、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜？其界面結(jié)合方式有哪些？答： 金屬基復(fù)合材料界面層成分、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，是因?yàn)椋? ⑴基體與增強(qiáng)材料作用生成化合物⑵基體與增強(qiáng)材料相互擴(kuò)散形成擴(kuò)散層⑶增強(qiáng)材料表面的涂層。界面結(jié)合方式：⑴機(jī)械結(jié)合：指借助增強(qiáng)纖維表面凸凹不平的形態(tài)而產(chǎn)生的機(jī)械鉸合；以及借助基體收縮應(yīng)力裹緊纖維產(chǎn)生的摩擦阻力結(jié)合。⑵溶解和浸潤(rùn)結(jié)合⑶反應(yīng)結(jié)合：反應(yīng)產(chǎn)物并不一定是單一化合物，可能存在多種產(chǎn)物，而且大多為脆性。當(dāng)達(dá)到一定厚度后，會(huì)降低界面結(jié)合強(qiáng)度。⑷混合結(jié)合：實(shí)際中復(fù)合材料的結(jié)合方式常常幾種方式同時(shí)存在。4簡(jiǎn)述纖維增強(qiáng)的機(jī)理，并說明增強(qiáng)纖維與基體復(fù)合時(shí)應(yīng)注意有關(guān)強(qiáng)化的幾個(gè)問題。答： 纖維增強(qiáng)的機(jī)理：— 增強(qiáng)纖維應(yīng)制成細(xì)纖維，這樣才有利于提高纖維強(qiáng)度、改善脆性，降低裂紋發(fā)生率?！?纖維處在基體中，彼此隔離，并受到基體保護(hù)，不易產(chǎn)生裂紋，從而使承載能力增加。— 帶裂紋的纖維因受力斷裂時(shí)，基體能阻止裂紋擴(kuò)展。— 基體受載斷裂時(shí)，斷口不可能在一個(gè)平面上，要整體斷裂，必須克服纖維與基體的粘結(jié)力和摩擦力，從而抗拉強(qiáng)度大大增加，斷裂韌度也增加。注意：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料承受載荷的主體是增強(qiáng)纖維。有關(guān)強(qiáng)化的幾個(gè)問題：⑴ 增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度和彈性模量應(yīng)比基體高。⑵ 基體與纖維之間要有一定黏結(jié)作用，且應(yīng)具有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合強(qiáng)度，便于應(yīng)力的傳遞。⑶ 纖維應(yīng)有合理的含量、尺寸和分布。纖維含量越高，抗拉強(qiáng)度、彈性模量越大；纖維越細(xì)，缺陷越小，并且比表面積也越大，材料結(jié)合力越大，則材料強(qiáng)度越高；纖維的排布方向應(yīng)符合構(gòu)件的受力要求。由于纖維縱向比橫向的抗拉強(qiáng)度高幾十倍，應(yīng)盡量使纖維的排列方向平行于應(yīng)力作用方向。⑷ 線膨脹系數(shù)匹配。⑸ 有良好的相容性（高溫下基體與纖維之間不發(fā)生生化學(xué)反應(yīng)，基體不腐蝕和損傷纖維）。4復(fù)合材料分類⑴按基體