最新材料与社会发展期末复习题.docx

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最新材料与社会发展期末复习题

“材料与社会发展”课程复习题（修改版）

1.什么是材料？

简述材料分类以及各类材料的基本特性。

答：

材料的定义及其分类

（1）定义：

材料是指能为人类经济性地，用于制造有用器件的物质。

（2）材料的分类：

①按组成、结构特点进行分类：

分为金属材料，无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。

各自特征：

①高分子材料：

是通过若干高分子链聚集以及高分子链与其他添加组分的相互作用而构成。

分子量大，质轻；优良的加工性能，导热系数小，化学稳定性好，电绝缘性好；功能的可塑性好，出色的装饰性，但易老化；可以延压成膜、纺制成丝，可制成各种形状的构件，可产生巨大的粘接力及巨大弹性等。

②金属材料：

有金属元素或以金属元素为主形成的，并具有一般金属特性的材料称为金属材料。

一般具有金属光泽，具有良好的导电性，导热性，延展性及塑性；具有良好的强度和韧性，熔点较高。

③无机非金属材料：

传统上主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等四大类，其主要化学组成均为硅酸盐类物质。

具有高熔点，高强度，高硬度；耐腐蚀，耐磨损，抗氧化等，以及宽广的导电性，隔热性，透光性；良好的铁电性，铁磁性，压电性。

④复合材料：

是由有机高分子、无机非金属或金属与几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型多相固体材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具有的性能。

比重小，比模量和比强度大；具有优良的化学稳定性，自润滑；耐热，耐疲劳，耐蠕变，电绝缘性好等特点。

②从其发展过程上，可分为传统材料和新型材料，它们是互相依存，互相促进，互相转化，互相替代的关系。

传统材料的特征为：

需求量大，生产规模大，但环境污染严重；

新型材料特征：

建立在新思路、新概念、新工艺、新检测技术的基础上，以材料的优异性能、高品质、高稳定性参与竞争，属高薪技术的一部分；投资强度较高，更新换代快，风险性大，知识和技术密集程度高，一旦成功，回报率也较高，且不以规模取胜。

③从其使用性能分类：

分为结构材料和功能材料。

结构材料则主要利用材料力学性能；而功能材料主要利用材料物理和化学性能。

④按用途进行分类：

分为航空航天材料、信息材料、电子材料、能源材料、生物材料、建筑材料、包装材料、电工电器材料、机械材料、农用材料、日用品及办公用品材料。

2.请举例说明材料工程与材料科学之间的差别和联系？

请给出材料科学研究的五要素图。

（1）材料科学是研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能以及它们之间的相互关系，集物理学、化学、冶金学等于一体的科学。

材料科学是一门与工程技术密不可分的应用科学。

（2）材料工程是研究、开发、生产和应用金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的工程领域。

其工程硕士学位授权单位培养从事新型材料的研究和开发、材料的制备、材料特性分析和改性、材料的有效利用等方面的高级工程技术人才。

要素：

化学成分、制备加工、组织结构和性质性能。

（成分、合成/制备、组织结构、性质和效能。

）其中，组织结构是核心要素。

同时，前面三者共同支撑“性质性能”。

这四者的关系组成一个正四面体。

3.材料在历史中发挥重要作用对你印象深刻之处，请举例说明！

答：

材料的发展与人类进步和发展息息相关。

一万年前，人类使用石头作为日常生活工具，人类进入旧时器时代，人类战争也进入了冷兵器时代。

7000年前人类在烧制陶器的同时创造了炼铜技术，青铜制品泛地得到应用，同时又促进了人类社会发展，人类进入了青铜器时代。

（所以说材料发展推动人类社会发展）同时火药的发明又使人类战争进入了杀伤力更强的热兵器时代。

5000年前人类开始使用铁，随着炼铁技术的发展，人类又发明了炼钢技术。

十九世纪中期转炉、平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加，大大促进了机械、铁路交通的发展。

随着二十世纪中期合金钢的大量使用，人类又进入钢铁时代，钢铁在人类活动中起着举足轻重的作用。

核材料的发现，又将人类引入了可以毁灭自己的核军备竞赛，同时核材料的和平利用，又给人类带来了光明。

二十世纪中后期以来，高分子、陶瓷材料崛起以及复合材料的发展，又给人类带来了新的材料和技术革命，楼房可以越盖越高、飞机越飞越快，同时人类进入太空的梦想成为了现实。

例子

比如电子组件的演进，从体积非常大的真空管、晶体管进步到集成电路（IC化），不仅为现代的科技另造高峰，同时也使得电器用品趋于小型化、轻巧化、功能强、易于携带等种种好处。

所以说人类的生活确实是与材料科学有关。

4.与我们生活密切相关的交通或日常用品中，哪些是以钢为主要承力材料的？

钢铁在历史中作用显著，如何在未来发挥重要作用？

答：

建造北京奥运会主体育场“鸟巢”，就是用了大量的钢材。

建材：

卷门、轻型钢、防火门，栏杆，淋浴喷头。

运输：

汽车内、外车身板件、排气管，汽车保险杠，火车铁轨。

家电：

冰箱、洗衣机外壳、干衣机外壳。

一般：

标识牌、展示柜，冷冻商品陈列橱。

用于桥梁建筑的钢材

未来发展趋势：

为了满足不断增长的市场需求和相关产业的发展需要，当前先进钢铁材料的发展特点和趋势是：

环境友好、资源节约、性能优良、成本低廉、品种规格多样化、理论和技术研究不断深入等。

（1）高性能钢铁材料研发投入持续增加

采用新工艺、新技术和新的检测技术，经济地生产以高洁净度、高均匀度、超细组织及高精度为特点的高强度、高韧性、长寿命钢铁材料，是先进钢铁材料的主要的发展方向。

（2）钢铁材料品种规格趋向多样化

除了通用的板、管、丝、带、棒、线、型、锻、铸材等，各国均大力发展特殊异型材、预先热处理或表面处理钢材、接近使用形状和使用状态的铸锻轧精密材、近终形金属制品材（如轴承套圈、滚动体、标准模块等）。

（3）研制开发新型钢铁材料

研制开发具有高性能的新型钢铁材料，从而替代技术性能较差的老钢铁材料的过程，实际上也就是传统材料产业得以持续生存而不断发展的过程。

晶粒细化理论和形变诱导相变理论的发展导致了近年来超细晶钢的迅速发展；

另一方面也得益于新工艺技术的发展，如钢中加氮技术的发展导致了高氮不锈钢的开发，钢中加钙技术的发展导致了钙处理钢的开发，而超低碳钢生产控制技术则直接推动了IF钢、超低碳贝氏体钢的发展。

5.如何评定材料的硬和软？

控制钢的硬或软的主要因素是什么？

答：

硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。

硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。

最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA，HRB，HRC）、维氏硬度（HV），其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。

而里氏硬度（HL）、肖氏硬（HS）则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。

因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。

控制钢的软、硬的主要因素是钢的金相组织和钢中碳含量、不同合金元素的构成与含量。

常见的金相组织有铁素体、奥氏体、马氏体等，马氏体相对而言硬一些；含碳量相对高的比含碳量相对低的硬一些；合金元素钨、铬等的含量高，相对材料也偏硬一些。

6.我国民间“打铁”过程一般有几步？

生铁、熟铁和钢有什么区别，如何从生铁得到钢？

如何从熟铁得到钢？

步骤：

加热、锻打、淬火。

铁分为生铁和熟铁。

区别：

熟铁、钢和生铁都是铁碳合金，以碳的含量多少来区别。

一般含碳量小于0.2%的叫熟铁或纯铁，含量在0.2-1.7%的叫钢，含量在1.7%以上的叫生铁。

熟铁软，塑性好，容易变形，强度和硬度均较低，用途不广；生铁含碳很多，硬而脆，几乎没有塑性；

生铁得到钢：

将生铁在炼钢炉中进一步熔炼，并供给足够的氧气，通过炉内的高温氧化作用，部分碳被氧化成一氧化碳气体而逸出，其他杂质则形成氧化物进入炉渣中除去，这样可使碳的含量降低，从而得到含碳量合乎要求的产品，即为钢

熟铁得到钢：

锻打块炼铁和熟铁的过程中，不断地反复加热，铁吸收木炭中的碳份，提高了含碳量，减少夹杂物后成为钢。

7.古代铸造青铜器的主要步骤有哪几步？

何为青铜器时代和铁器时代，是如何定义的？

步骤：

制模—制范—浇注—修整。

（块范法，失蜡法）

青铜时代：

青铜时代（或称青铜器时代或青铜文明）在考古学上是以使用青铜器为标志的人类文化发展的一个阶段。

铁器时代：

是继青铜时代之后的又一个时代，它以能够冶铁和制造铁器为标志。

8.铝合金可以分为哪两大类？

什么样的热处理工艺可以提高铝合金的强度？

变形铝合金和铸造铝合金，固溶处理+时效

9.目前大多数汽车轮毂采用的材料是什么？

现在大多车都采用铝合金轮毂钢制轮毂一般低配的车考虑成本才会

10.为什么要推进汽车轻量化？

如何实现？

材料如何选择？

汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。

实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。

由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。

如何实现：

①汽车主流规格车型持续优化，规格主参数尺寸保留的前提下，提升整车结构强度，降低耗材用量；②采用轻质材料。

如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等；③采用计算机进行结构设计。

如采用有限元分析、局部加强设计等；④采用承载式车身，减薄车身板料厚度等。

其中，当前的主要汽车轻量化措施主要是采用轻质材料。

材料选择：

铝合金铝的密度约为钢的1/3，是应用最广泛的轻量化材料。

以美国生产的汽车产品为例，1976年每车用铝合金仅39kg，1982年达到62kg，而1998年则达到了100kg。

铝基复合材料密度低、比强度和比模量高、抗热疲劳性能好，但在汽车上的应用受到价格及生产质量控制等方面的制约，还没有形成很大的规模。

镁合金镁的密度约为铝的2/3，在实际应用的金属中是最轻的。

镁合金的吸振能力强、切削性能好、金属模铸造性能好，很适合制造汽车零件。

钛合金钛的密度为4.5g/cm3,具有比强度高、高温强度高和耐腐蚀等优点。

由于钛的价格昂贵，至今只见在赛车和个别豪华车上少量应用。

（不写为好）先进高刚性钢材制造车辆，此一材质不仅比传统钢材轻量35%，在产品生命周期中的污染更降低70%，FSV计划主席JodyShaw表示：

高度运用弹性、可塑性、低生产污染以及极具竞争力的制造成本完美展现出钢材的优势。

11.高分子材料是近代科学技术发展形成的新专业，在中国仅仅只有30年左右的历史，它是材料这个传统的大学科中一片新领域，它主要包括七个方面，请列举。

答：

塑料，橡胶，合成纤维，涂料，胶黏剂，高分子树脂复合材料，功能高分子材料

12.高分子材料在我国军工包括航天、航空、兵器、舰艇、核能等方面发挥重要的作用，请列举一件高分子材料在军工上应用实例。

树脂基复合材料具有优异的综合性能，制备工艺容易实现，原料丰富。

在航空工业中，树脂基复合材料用于制造飞机机翼、机身、鸭翼、平尾和发动机外涵道；在航天领域，树脂基复合材料不仅是方向舵、雷达、进气道的重要材料，而且可以制造固体火箭发动机燃烧室的绝热壳体，也可用作发动机喷管的烧蚀防热材料。

新型氰酸树脂复合材料具有耐湿性强，微波介电性能佳，尺寸稳定性好等优点，广泛用于制作宇航结构件、飞机的主次承力结构件和雷达天线罩。

13.论述光电高分子的应用前景？

太阳能电池是太阳能光伏发电的基础和核心，是一种利用光生伏打效应把光能转变为电能的器件。

用适当的光照在上面之后，器件两端会产生电动势。

传统硅太阳能电池成本昂贵、工艺复杂、材料要求苛刻，而有机太阳能电池，具有潜在的低成本、轻重量和分子水平的可设计性的特点。

近年来成为国内外研究热点OLED是有机发光二极管，是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。

作为平板显示器件，OLED与使用最普遍的LCD相比，拥有面板薄、对比度高、响应速度快、功耗低、视角宽、重量轻等。

未来光电转换高分子材料的研究还应致力于在应用的进一