材料與社會發(fā)展期末復(fù)習(xí)題

1、“材料與社會發(fā)展”課程復(fù)習(xí)題（修改版）1.什么是材料？簡述材料分類以及各類材料的基本特性。答：材料的定義及其分類(1)定義：材料是指能為人類經(jīng)濟性地，用于制造有用器件的物質(zhì)。(2)材料的分類：按組成、結(jié)構(gòu)特點進行分類：分為金屬材料，無機非金屬材料、有機高分子材料和復(fù)合材料。各自特征：高分子材料：是通過若干高分子鏈聚集以及高分子鏈與其他添加組分的相互作用而構(gòu)成。分子量大，質(zhì)輕；優(yōu)良的加工性能，導(dǎo)熱系數(shù)小，化學(xué)穩(wěn)定性好，電絕緣性好；功能的可塑性好，出色的裝飾性，但易老化；可以延壓成膜、紡制成絲，可制成各種形狀的構(gòu)件，可產(chǎn)生巨大的粘接力及巨大彈性等。金屬材料：有金屬元素或以金屬元素為主形成的，并具有

2、一般金屬特性的材料稱為金屬材料。一般具有金屬光澤，具有良好的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，延展性及塑性；具有良好的強度和韌性，熔點較高。無機非金屬材料：傳統(tǒng)上主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等四大類，其主要化學(xué)組成均為硅酸鹽類物質(zhì)。具有高熔點，高強度，高硬度；耐腐蝕，耐磨損，抗氧化等，以及寬廣的導(dǎo)電性，隔熱性，透光性；良好的鐵電性，鐵磁性，壓電性。復(fù)合材料：是由有機高分子、無機非金屬或金屬與幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型多相固體材料，它既能保留原組分材料的主要特色，又通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具有的性能。比重小，比模量和比強度大；具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，自潤滑；耐熱，耐疲勞，耐蠕變，電絕緣性好等特點。

3、從其發(fā)展過程上，可分為傳統(tǒng)材料和新型材料，它們是互相依存，互相促進，互相轉(zhuǎn)化，互相替代的關(guān)系。傳統(tǒng)材料的特征為：需求量大，生產(chǎn)規(guī)模大，但環(huán)境污染嚴(yán)重；新型材料特征：建立在新思路、新概念、新工藝、新檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，以材料的優(yōu)異性能、高品質(zhì)、高穩(wěn)定性參與競爭，屬高薪技術(shù)的一部分；投資強度較高，更新?lián)Q代快，風(fēng)險性大，知識和技術(shù)密集程度高，一旦成功，回報率也較高，且不以規(guī)模取勝。從其使用性能分類：分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。結(jié)構(gòu)材料則主要利用材料力學(xué)性能；而功能材料主要利用材料物理和化學(xué)性能。按用途進行分類：分為航空航天材料、信息材料、電子材料、能源材料、生物材料、建筑材料、包裝材料、電工電器材料、機械

4、材料、農(nóng)用材料、日用品及辦公用品材料。2.請舉例說明材料工程與材料科學(xué)之間的差別和聯(lián)系？請給出材料科學(xué)研究的五要素圖。（1）材料科學(xué)是研究材料的組織結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、生產(chǎn)流程和使用效能以及它們之間的相互關(guān)系，集物理學(xué)、化學(xué)、冶金學(xué)等于一體的科學(xué)。材料科學(xué)是一門與工程技術(shù)密不可分的應(yīng)用科學(xué)。（2）材料工程是研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料的工程領(lǐng)域。其工程碩士學(xué)位授權(quán)單位培養(yǎng)從事新型材料的研究和開發(fā)、材料的制備、材料特性分析和改性、材料的有效利用等方面的高級工程技術(shù)人才。要素：化學(xué)成分、制備加工、組織結(jié)構(gòu)和性質(zhì)性能。(成分、合成/制備、組織結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和效能。)其中，

5、組織結(jié)構(gòu)是核心要素。同時，前面三者共同支撐“性質(zhì)性能”。這四者的關(guān)系組成一個正四面體。3.材料在歷史中發(fā)揮重要作用對你印象深刻之處，請舉例說明！答：材料的發(fā)展與人類進步和發(fā)展息息相關(guān)。一萬年前，人類使用石頭作為日常生活工具，人類進入舊時器時代，人類戰(zhàn)爭也進入了冷兵器時代。7000年前人類在燒制陶器的同時創(chuàng)造了煉銅技術(shù)，青銅制品泛地得到應(yīng)用，同時又促進了人類社會發(fā)展，人類進入了青銅器時代。(所以說材料發(fā)展推動人類社會發(fā)展)同時火藥的發(fā)明又使人類戰(zhàn)爭進入了殺傷力更強的熱兵器時代。5000年前人類開始使用鐵，隨著煉鐵技術(shù)的發(fā)展，人類又發(fā)明了煉鋼技術(shù)。十九世紀(jì)中期轉(zhuǎn)爐、平爐煉鋼的發(fā)展使得世界鋼產(chǎn)量迅猛

6、增加，大大促進了機械、鐵路交通的發(fā)展。隨著二十世紀(jì)中期合金鋼的大量使用，人類又進入鋼鐵時代，鋼鐵在人類活動中起著舉足輕重的作用。核材料的發(fā)現(xiàn)，又將人類引入了可以毀滅自己的核軍備競賽，同時核材料的和平利用，又給人類帶來了光明。二十世紀(jì)中后期以來，高分子、陶瓷材料崛起以及復(fù)合材料的發(fā)展，又給人類帶來了新的材料和技術(shù)革命，樓房可以越蓋越高、飛機越飛越快，同時人類進入太空的夢想成為了現(xiàn)實。 例子比如電子組件的演進，從體積非常大的真空管、晶體管進步到集成電路（IC化），不僅為現(xiàn)代的科技另造高峰，同時也使得電器用品趨于小型化、輕巧化、功能強、易于攜帶等種種好處。所以說人類的生活確實是與材料科學(xué)有關(guān)。4.與

7、我們生活密切相關(guān)的交通或日常用品中，哪些是以鋼為主要承力材料的？鋼鐵在歷史中作用顯著，如何在未來發(fā)揮重要作用？答：建造北京奧運會主體育場“鳥巢”，就是用了大量的鋼材。建材：卷門、輕型鋼、防火門，欄桿，淋浴噴頭。運輸：汽車內(nèi)、外車身板件、排氣管，汽車保險杠，火車鐵軌。家電：冰箱、洗衣機外殼、干衣機外殼。一般：標(biāo)識牌、展示柜，冷凍商品陳列櫥。用于橋梁建筑的鋼材未來發(fā)展趨勢：為了滿足不斷增長的市場需求和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，當(dāng)前先進鋼鐵材料的發(fā)展特點和趨勢是：環(huán)境友好、資源節(jié)約、性能優(yōu)良、成本低廉、品種規(guī)格多樣化、理論和技術(shù)研究不斷深入等。(1)高性能鋼鐵材料研發(fā)投入持續(xù)增加采用新工藝、新技術(shù)和新的檢

8、測技術(shù)，經(jīng)濟地生產(chǎn)以高潔凈度、高均勻度、超細(xì)組織及高精度為特點的高強度、高韌性、長壽命鋼鐵材料，是先進鋼鐵材料的主要的發(fā)展方向。(2)鋼鐵材料品種規(guī)格趨向多樣化除了通用的板、管、絲、帶、棒、線、型、鍛、鑄材等，各國均大力發(fā)展特殊異型材、預(yù)先熱處理或表面處理鋼材、接近使用形狀和使用狀態(tài)的鑄鍛軋精密材、近終形金屬制品材（如軸承套圈、滾動體、標(biāo)準(zhǔn)模塊等）。(3)研制開發(fā)新型鋼鐵材料研制開發(fā)具有高性能的新型鋼鐵材料，從而替代技術(shù)性能較差的老鋼鐵材料的過程，實際上也就是傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)得以持續(xù)生存而不斷發(fā)展的過程。晶粒細(xì)化理論和形變誘導(dǎo)相變理論的發(fā)展導(dǎo)致了近年來超細(xì)晶鋼的迅速發(fā)展；另一方面也得益于新工藝技術(shù)

9、的發(fā)展，如鋼中加氮技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了高氮不銹鋼的開發(fā)，鋼中加鈣技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了鈣處理鋼的開發(fā)，而超低碳鋼生產(chǎn)控制技術(shù)則直接推動了IF鋼、超低碳貝氏體鋼的發(fā)展。5.如何評定材料的硬和軟？控制鋼的硬或軟的主要因素是什么？答：硬度是衡量材料軟硬程度的一個性能指標(biāo)。硬度試驗的方法較多，原理也不相同，測得的硬度值和含義也不完全一樣。最常用的是靜負(fù)荷壓入法硬度試驗，即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA，HRB，HRC)、維氏硬度(HV)，其值表示材料表面抵抗堅硬物體壓入的能力。而里氏硬度（HL）、肖氏硬(HS)則屬于回跳法硬度試驗，其值代表金屬彈性變形功的大小。因此，硬度不是一個單純的物理量，而是反映材料的

10、彈性、塑性、強度和韌性等的一種綜合性能指標(biāo)?？刂其摰能?、硬的主要因素是鋼的金相組織和鋼中碳含量、不同合金元素的構(gòu)成與含量。常見的金相組織有鐵素體、奧氏體、馬氏體等，馬氏體相對而言硬一些；含碳量相對高的比含碳量相對低的硬一些；合金元素鎢、鉻等的含量高，相對材料也偏硬一些。6.我國民間“打鐵”過程一般有幾步？生鐵、熟鐵和鋼有什么區(qū)別，如何從生鐵得到鋼？如何從熟鐵得到鋼？步驟：加熱、鍛打、淬火。鐵分為生鐵和熟鐵。區(qū)別：熟鐵、鋼和生鐵都是鐵碳合金，以碳的含量多少來區(qū)別。一般含碳量小于0.2%的叫熟鐵或純鐵，含量在0.2-1.7%的叫鋼，含量在1.7%以上的叫生鐵。熟鐵軟，塑性好，容易變形，強度和硬度均

11、較低，用途不廣；生鐵含碳很多，硬而脆，幾乎沒有塑性； 生鐵得到鋼：將生鐵在煉鋼爐中進一步熔煉，并供給足夠的氧氣，通過爐內(nèi)的高溫氧化作用，部分碳被氧化成一氧化碳?xì)怏w而逸出，其他雜質(zhì)則形成氧化物進入爐渣中除去，這樣可使碳的含量降低，從而得到含碳量合乎要求的產(chǎn)品，即為鋼熟鐵得到鋼：鍛打塊煉鐵和熟鐵的過程中，不斷地反復(fù)加熱，鐵吸收木炭中的碳份，提高了含碳量，減少夾雜物后成為鋼。7.古代鑄造青銅器的主要步驟有哪幾步？何為青銅器時代和鐵器時代，是如何定義的？步驟：制模制范澆注修整。（塊范法，失蠟法）青銅時代：青銅時代（或稱青銅器時代或青銅文明）在考古學(xué)上是以使用青銅器為標(biāo)志的人類文化發(fā)展的一個階段。鐵器時

12、代：是繼青銅時代之后的又一個時代，它以能夠冶鐵和制造鐵器為標(biāo)志。8.鋁合金可以分為哪兩大類？什么樣的熱處理工藝可以提高鋁合金的強度？變形鋁合金和鑄造鋁合金，固溶處理+時效9.目前大多數(shù)汽車輪轂采用的材料是什么？現(xiàn)在大多車都采用鋁合金輪轂 鋼制輪轂一般低配的車考慮成本才會10.為什么要推進汽車輕量化？如何實現(xiàn)？材料如何選擇？汽車的輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實驗證明，汽車質(zhì)量降低一半，燃料消耗也會降低將近一半。由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。如何實現(xiàn)：汽車主流規(guī)格車型持

13、續(xù)優(yōu)化，規(guī)格主參數(shù)尺寸保留的前提下，提升整車結(jié)構(gòu)強度，降低耗材用量；采用輕質(zhì)材料。如鋁、鎂、陶瓷、塑料、玻璃纖維或碳纖維復(fù)合材料等；采用計算機進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。如采用有限元分析、局部加強設(shè)計等；采用承載式車身，減薄車身板料厚度等。其中，當(dāng)前的主要汽車輕量化措施主要是采用輕質(zhì)材料。材料選擇：鋁合金鋁的密度約為鋼的1/3，是應(yīng)用最廣泛的輕量化材料。以美國生產(chǎn)的汽車產(chǎn)品為例，1976年每車用鋁合金僅39kg，1982年達到62kg，而1998年則達到了100kg。鋁基復(fù)合材料密度低、比強度和比模量高、抗熱疲勞性能好，但在汽車上的應(yīng)用受到價格及生產(chǎn)質(zhì)量控制等方面的制約，還沒有形成很大的規(guī)模。鎂合金鎂的密度

14、約為鋁的2/3，在實際應(yīng)用的金屬中是最輕的。鎂合金的吸振能力強、切削性能好、金屬模鑄造性能好，很適合制造汽車零件。鈦合金鈦的密度為4.5g/cm3,具有比強度高、高溫強度高和耐腐蝕等優(yōu)點。由于鈦的價格昂貴，至今只見在賽車和個別豪華車上少量應(yīng)用。（不寫為好）先進高剛性鋼材 制造車輛，此一材質(zhì)不僅比傳統(tǒng)鋼材輕量35%，在產(chǎn)品生命周期中的污染更降低70%，F(xiàn)SV計劃主席Jody Shaw表示：高度運用彈性、可塑性、低生產(chǎn)污染以及極具競爭力的制造成本完美展現(xiàn)出鋼材的優(yōu)勢。11.高分子材料是近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展形成的新專業(yè)，在中國僅僅只有30年左右的歷史，它是材料這個傳統(tǒng)的大學(xué)科中一片新領(lǐng)域，它主要包括七個

15、方面，請列舉。答：塑料，橡膠，合成纖維，涂料，膠黏劑，高分子樹脂復(fù)合材料，功能高分子材料12.高分子材料在我國軍工包括航天、航空、兵器、艦艇、核能等方面發(fā)揮重要的作用，請列舉一件高分子材料在軍工上應(yīng)用實例。樹脂基復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合性能，制備工藝容易實現(xiàn)，原料豐富。在航空工業(yè)中，樹脂基復(fù)合材料用于制造飛機機翼、機身、鴨翼、平尾和發(fā)動機外涵道；在航天領(lǐng)域，樹脂基復(fù)合材料不僅是方向舵、雷達、進氣道的重要材料，而且可以制造固體火箭發(fā)動機燃燒室的絕熱殼體，也可用作發(fā)動機噴管的燒蝕防熱材料。新型氰酸樹脂復(fù)合材料具有耐濕性強，微波介電性能佳，尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點，廣泛用于制作宇航結(jié)構(gòu)件、飛機的主次承力結(jié)構(gòu)

16、件和雷達天線罩。13.論述光電高分子的應(yīng)用前景？太陽能電池是太陽能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心，是一種利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?。用適當(dāng)?shù)墓庹赵谏厦嬷?，器件兩端會產(chǎn)生電動勢。 傳統(tǒng)硅太陽能電池成本昂貴、工藝復(fù)雜、材料要求苛刻，而有機太陽能電池，具有潛在的低成本、輕重量和分子水平的可設(shè)計性的特點。近年來成為國內(nèi)外研究熱點 OLED是有機發(fā)光二極管，是指有機半導(dǎo)體材料和發(fā)光材料在電場驅(qū)動下，通過載流子注入和復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的現(xiàn)象。作為平板顯示器件，OLED與使用最普遍的LCD相比，擁有面板薄、對比度高、響應(yīng)速度快、功耗低、視角寬、重量輕等。未來光電轉(zhuǎn)換高分子材料的研究還應(yīng)致力于在應(yīng)用的進一步成熟

17、，解決目前此種材料在應(yīng)用中的軟肋。14.智能材料的三要素是什么？人工合成自愈合材料的作用機制可以是哪些？答：A.智能材料必須具備感知、驅(qū)動和控制這三個基本要素B.智能材料（Intelligent material），是一種能感知外部刺激，能夠判斷并適當(dāng)處理且本身可執(zhí)行的新型功能材料。智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計材料之后的第四代材料. C. 智能材料有七大功能，即傳感功能、反饋功能、信息識別與積累功能、響應(yīng)功能、自診斷能力、自修復(fù)能力和自適應(yīng)能力。D.自愈合聚合物材料本身就具有恢復(fù)材料的載荷傳遞能力，這種恢復(fù)可以是自主地發(fā)生，也可以是被一個具體的刺激物所激發(fā)的，愈合作用機制：1

18、.分子互擴散導(dǎo)致的自愈合2. 由光引發(fā)的自愈合3.通過形成可逆鍵的自愈合4.活性聚合導(dǎo)致的自愈合5納米粒子自愈合.6. 金屬基自愈復(fù)合材料7. 混合磨損自愈材料15.什么是生物醫(yī)用材料？什么材料可作為生物醫(yī)用材料？什么是組織工程技術(shù)？答：A.生物醫(yī)學(xué)材料指的是一類具有特殊性能、特種功能，用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷、治療疾患，而對人體組織不會產(chǎn)生不良影響的材料。B.現(xiàn)在各種合成材料和天然高分子材料、金屬和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各種復(fù)合材料，其制成產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于臨床和科研。C. 組織工程技術(shù)定義：應(yīng)用生命科學(xué)與工程學(xué)的原理與技術(shù)，在正確認(rèn)識哺乳動物的正常及病理兩種狀態(tài)下的

19、組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究、開發(fā)用于修復(fù)、維護、促進人體各種組織或器官損傷后的功能和形態(tài)的生物替代物的一門新興學(xué)科。D.組織工程研究主要包括四個方面：種子細(xì)胞、生物材料、構(gòu)建組織和器官的方法和技術(shù)以以及組織工程的臨床應(yīng)用。目前臨床上常用的組織修復(fù)途徑大致有3種：即自體組織移植、異體組織移植或應(yīng)用人工代用品。16.舉例論述功能晶體材料在社會發(fā)展中起什么作用1.光學(xué)晶體：主要用于光學(xué)儀器的透過窗口、棱鏡、透鏡、濾光和偏元件及相位補償鏡等2.非線性光學(xué)晶體：其重要應(yīng)用之一是激光頻率轉(zhuǎn)換晶體，用于紅寶石激光器、可調(diào)諧激光器、半導(dǎo)體激光器。3.如用于導(dǎo)彈紅外制導(dǎo)頭的多元紅外探測器器件材料碲鎘汞、紅

20、外探測藍(lán)寶石窗口，精確制導(dǎo)的激光晶體材料紅寶石和銣釔鋁石榴石、紅外接收系統(tǒng)中的關(guān)鍵材料碲鎘汞、電子吊艙中的砷化鎵材料和空一空導(dǎo)彈整流罩材料多晶硫化鋅等。17.舉例論述不同功能晶體材料的功能之間的相互關(guān)系和相互轉(zhuǎn)化。功能晶體材料,有天然晶體和人工晶體之分。晶體有許多寶貴的性質(zhì),如金剛石的超硬度、方解石的雙折射,許多還能實現(xiàn)光、電、聲、熱、磁、力等不同能量形式的交互作用和轉(zhuǎn)換。按化學(xué)分類可分為無機晶體和有機晶體; 按狀態(tài)分類可分為單晶、多晶、晶體薄膜和晶體纖維; 作為功能材料, 最常用的是按物理性質(zhì)分類, 如光學(xué)晶體、激光晶體(可將外界提供的能量通過光學(xué)諧振腔轉(zhuǎn)化為在空間和時間上相干的具有高度平行

21、性和單色性激光的晶體材料。是晶體激光器的工作物質(zhì)。)、非線性晶體(非線性光學(xué)晶體由于具有波長變換，增大振幅，開關(guān)。記憶等許多元件功能，正作為光計算的基本元件而引人注目。)、壓電晶體(在機械力作用下，產(chǎn)生形變，使帶電質(zhì)點發(fā)生相對位移，從而在晶體表面出現(xiàn)正、負(fù)束縛電荷，這樣的晶體稱為壓電晶體。壓電晶體極軸兩端產(chǎn)生電勢差的性質(zhì)稱為壓電性。)、電光晶體(具有電光效應(yīng)的晶體材料。在外電場作用下，晶體的折射率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電光效應(yīng)。)、磁光晶體、閃爍晶體(在X射線和射射線等高能粒子的撞擊下，能將高能粒子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽芏l(fā)出閃光的晶體。)等。18.例舉五種以上太陽電池的名稱。闡述太陽電池的工作原理。硅

22、太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶體太陽能電池、有機太陽能電池，太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)內(nèi)建電場的作用下，光生空穴流向p區(qū)，光生電子流向n區(qū)，接通電路后就產(chǎn)生電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。19.什么是信息、信息技術(shù)及信息材料？信息材料有哪些類型？信息：是人類的一切生存活動和自然存在所傳達出來的信號和消息。它一般泛指我們所說的消息、情報、指令、數(shù)據(jù)及信號等周圍環(huán)境的知識信息技術(shù)：是指信息的獲取、處理、傳輸、存儲和顯示的技術(shù)，即人們對信息的獲取、處理和應(yīng)用的能力。信息材料：指用于信息的獲取、存儲、處理、傳輸和顯示的微電子材料和光電子材料。20.結(jié)合具體事例，說明材料對信息技術(shù)、能源技術(shù)發(fā)展的推動作用。答：對信息技術(shù)推動：光電子技