復習資料——先進裝備材料

1、先進裝備材料復習大綱核裝備及風電裝備材料1、名詞 快中子與熱中子：裂變產(chǎn)生的中子平均動能約2MeV稱為快中子；與環(huán)境達到熱平衡的中子，能量約為0.025eV稱為熱中子。質(zhì)量虧損: 在核反應中，指原子核的質(zhì)量與組成原子核的所有單個質(zhì)子與單個中子的質(zhì)量之和的差,質(zhì)量差以能量的形式存在。衰變熱：放射性核素衰變時所產(chǎn)生的熱。中子慢化：中子與介質(zhì)原子核碰撞，引起中子能量減少而減速的現(xiàn)象。天然鈾和濃縮鈾：直接從礦石中提取的鈾叫天然鈾，經(jīng)過同位素提煉后，鈾235含量超過90%的鈾金屬。S（E）玻璃纖維：高強度玻璃纖維，纖維強度高的玻璃纖維。無堿玻璃纖維，堿金屬含量低的玻璃纖維。真空灌注：一種利用真空壓力制作

2、成型的工藝技術。將材料鋪放在模具上，抽氣至負壓，樹脂通過膠管進入整個體系，浸透構件鋪層。樹脂傳遞模塑：將樹脂注入到閉合模具中浸潤增強材料并固化的工藝方法2、高溫氣冷堆的作用與特點。答：高溫氣冷堆是以氦氣作為冷卻劑，以石墨作為慢化劑，采用全陶瓷涂敷顆粒燃料，出口溫度高的反應堆，主要用來發(fā)電，鋼鐵和有色金屬冶煉，石油精煉，海水淡化等。特點：出口溫度高、中子吸收小傳熱好、安全性好、發(fā)電效率高、系統(tǒng)簡單建造周期短。3、高溫氣冷堆的球形燃料元件及其包覆燃料顆粒的構造與用料。答：球形燃料原件由包覆顆粒燃料和燃料元件石墨基體組成。包覆顆粒燃料由內(nèi)而外：UO2核心，疏松的PyC層（熱解炭緩沖），內(nèi)致密PyC層

3、（承壓，防接觸），SiC層（承壓，防裂變產(chǎn)物擴散），外致密PyC層（保護SiC層）。石墨基體則是由64%天然鱗片石墨，16%的人造石墨和20%的酚醛樹脂組成。4、核反應堆慢化原理與用材。答：使裂變中子與慢化劑原子核發(fā)生碰撞，把其攜帶的能量傳遞給被撞原子，經(jīng)多次碰撞，變?yōu)闊嶂凶?。輕水堆用輕水作慢化劑，重水堆用重水做慢化劑，氣冷堆用石墨作慢化劑。5、對比分析鋯和石墨在核反應堆中的應用。答：鋯用作輕水堆的包殼材料，空氣中穩(wěn)定，中子吸收截面小，良好的耐腐蝕性。從礦石中提煉的時候需要鋯鉿分離，合金化可以抵消雜質(zhì)，提高綜合性能。石墨分為燃料基體石墨和反射層1. 燃料元件中石墨作基體，作用保持一定燃料結構，

4、中子慢化，導熱2. 結構核級石墨：構成堆芯砌體，起到反射中子作用，純度要求極高。6、風力機葉片的制造工藝及其用材。生產(chǎn)準備SS面殼體制作PS面殼體制作前緣腹板制作后緣腹板制作根部平臺制作合模補強表面處理配重用材：基體材料（樹脂），增強材料（纖維），夾芯材料（泡沫），膠粘劑和輔助材料（優(yōu)異附著力，良好彈性等）碳纖維及其復合材料1、名詞： 纖維的預氧化：對碳纖維原絲進行高溫熱穩(wěn)定化處理，得到具有高阻燃性，良好耐腐蝕性能的預氧絲。纖維的石墨化：將碳纖維置于石墨化爐內(nèi)保護介質(zhì)中加熱到高溫，使六角碳原子平面網(wǎng)格從二維空間的無序重疊轉變?yōu)槿S空間的有序重疊，且具有石墨結構的高溫熱處理過程。2500濕（干）

5、法紡絲：濕法紡絲是將溶解制備的紡絲液從噴絲孔噴出，在液體凝固劑固化成絲。特點是紡絲速度慢，噴絲孔多，成本低，較常用；干法紡絲的紡絲液噴出后在熱空氣揮發(fā)固化成絲，特點孔少，速度高，成本高，較少使用。等離子體氧化：通過電解液與相應電參數(shù)的組合，在鋁、鎂、鈦等金屬及其合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時高溫高壓作用，原位生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。纖維纏繞成形：將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后經(jīng)固化、脫模，獲得制品。碳纖維捻度：在單位長度的紗中,纖維所捻成的回旋數(shù),一般捻度大強度也大。2、碳纖維的定義、分類與特點。答：定義：是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型

6、纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。 分類 ：按原料來源：聚丙烯腈基碳纖維，瀝青基碳纖維，粘膠基碳纖維等； 按性能：通用型，高強型，高模型，中模高強型，超高模型； 按狀態(tài)：長絲，短纖維，短切纖維 特點：高強度，高模量，密度低，線膨脹系數(shù)小，耐腐蝕，抗放射等特點。3、 PAN 基與瀝青基碳纖維的制備工藝流程。PAN基：聚合溶液紡絲預氧化炭化石墨化精加工瀝青基：熔化過濾熔紡法紡絲不熔化處理炭化石墨化精加工4、纖維的預氧化、碳化、石墨化。答：預氧化和石墨化已論述 碳化：將預氧絲在隔絕空氣下熱分解為碳和其他產(chǎn)物，去除雜志和揮發(fā)分，得到目

7、標產(chǎn)物。1000-15005、碳纖維的高性能化與低成本化的途徑。答：解決途徑主要包括設計，穩(wěn)定性與制造技術。第1， 選用整體化設計工藝，可起到減少零件數(shù)和裝配工時的作用；第2， 第二，原材料應選用低成本中大絲束碳纖維以及適合低成本工藝的樹脂；第三，碳纖維制品的加工工藝應選用非熱壓罐工藝，包括真空袋成形、RTM等；第四，應采用制造自動化，提高工效和降低廢品率；第五，需要利用碳纖維優(yōu)良的抗疲勞和耐腐蝕性能，降低維護成本和提高出勤率。6、樹脂基復合材料的復合原則。答：1.對纖維具有好的潤濕性，從而使基體與增強材料間具有較強的結合力；2.基體應具有較好的塑性和韌性，延緩裂紋擴展；3.基體能夠很好地保護

8、纖維表面，不產(chǎn)生損傷；4.纖維有很高的強度和剛度；5.纖維必須具有適當?shù)牡暮?，直徑和分布?.纖維和基體應有相近的熱膨脹系數(shù)7、碳纖維復合材料的制備工藝方法。答：預浸成型固化脫模成型方法有：手糊成型、噴射成型、纖維纏繞成型、拉擠成型、模壓成型【后面可不答】手糊成型工藝：在模具表面上涂抹脫模劑、膠衣，將事先裁好的碳纖維預浸布鋪設在模具工作面上，在工作面上刷涂或噴射樹脂膠液，達到所需要的厚度之后，成型固化、脫模、后處理。 噴射成型工藝：一般利用短切纖維和樹脂混合，在噴槍中利用壓縮空氣均勻噴灑在模具表面上，達到所需厚度后，再利用手工橡膠錕來回刷平，最后固化成型。纖維纏繞成型工藝：將經(jīng)過樹脂液體浸漬

9、的連續(xù)纖維或碳布按照一定規(guī)則纏繞到芯模上面，然后經(jīng)過固化、脫模、后處理成為復合材料制品的加工工藝。拉擠成型工藝：將事先浸漬樹脂膠液的碳纖維絲束、帶或布等原材料，通過牽引力的作用，擠壓模具成型、固化，連續(xù)不斷地生產(chǎn)規(guī)格、長度不同的碳纖維型材。8、碳纖維及其復合材料在航空航天、汽車的應用需求及需要解決的問題。答：航空：火箭飛機導彈等航天設備需要結構輕質(zhì)化、防熱要求高尺寸穩(wěn)定、可安全重復使用。需要解決問題：成本高；生產(chǎn)周期長效率低；產(chǎn)品設計開發(fā)難度大；回收技術不夠；存在各向異性。汽車：車身更高的輕量化效果，抗沖吸能，高結構承載能力需解決的問題：理念問題，復合材料不是金屬材料的替代材料；復合材料供應商

10、與汽車制造企業(yè)的合作模式戰(zhàn)略合作；發(fā)展低成本材料；高效率低成本的制造工藝技術納米碳材料1、名詞富勒烯：任何由碳一種元素組成，以球狀，橢圓狀，或管狀結構存在的物質(zhì)，都可以被叫做富勒烯，富勒烯指的是一類物質(zhì)。金屬型（半導體型）碳納米管：單壁碳納米管按其卷曲方向有(n,m)兩個參數(shù)，當（n-m）可以被3整除時，單壁碳納米管是金屬性的；反之則為半導體性的。石墨烯：是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。庫侖阻塞效應：一旦某個電子進入了金屬微粒，它將阻止隨后的第二個電子再進入同一金屬微粒 因為這樣的過程將導致系統(tǒng)總能的增加，所以是不允許發(fā)生的過程。有機太陽能電池：以

11、具有光敏性質(zhì)的有機物作為半導體的材料，以光伏效應而產(chǎn)生電壓形成電流, 實現(xiàn)太陽能發(fā)電的效果.2、富勒烯的結構特點。答：五角環(huán)數(shù)12個，六角環(huán)數(shù)因籠大小而異。雜化方式介于SP2和SP3之間，整個表面形成大的一個大的共軛體系。滿足歐拉公式，凸多面體定點數(shù)（V），面數(shù)（F），棱邊數(shù)（E），V+F-E=2。3、納米碳管的性質(zhì)及其應用。答：奇異的導電性：可呈金屬導電性，也可呈半導體特性；存在庫倫阻塞效應；優(yōu)異的場發(fā)射性能。優(yōu)異的熱學性質(zhì)：真空下2800下保持穩(wěn)定；導熱性能是金剛石的2倍優(yōu)異的力學性質(zhì)：極高的強度和韌性，SWNT楊氏模量高達5Tpa,強度是鋼的100倍，而密度只有鋼的1/6應用：場發(fā)射顯示

12、（LED），冷光電燈泡的燈絲，鋰離子電池的負極材料，太陽能的窗口曾和高性能吸附材料。4、石墨烯的性質(zhì)及其應用。答：高強度，高熱導率，高載流子遷移率，室溫量子霍爾效應，室溫鐵磁性。應用：場效應晶體管，透明電極，高導熱材料，儲能器件，傳感器。輕量化材料-鋁合金1、名詞變形鋁合金：變形性鋁合金是通過沖壓、彎曲、擠壓等工藝使其組織、形狀發(fā)生變化的鋁合金。分為可熱處理強化和不可熱處理強化。這類鋁合金加熱可形成單相固溶體，塑性好。超高強鋁合金：具有超高強度的鋁-鋅-鎂-銅系合金，是現(xiàn)有鋁合金中強度最高的。這類合金可熱處理強化，在人工時效狀態(tài)下使用。硬鋁：指鋁合金中以Cu為主要合金元素的一類合金，代號2xx

13、x。防銹鋁：防銹鋁主要是Al-Mn系及Al-Mg系合金。因其時效強化效果不明顯，所以不宜熱處理強化，但可以通過加工硬化來提高強度及硬度。硅鋁明：是以硅為主要合金元素的一類鑄造鋁合金，可分為簡單硅鋁明和特殊硅鋁明。具有良好的鑄造性能、焊接性能、抗蝕性能和足夠的力學性能。2、鋁合金的編號（10007000 系），各個系列的主要合金元素和性能特點。答：1系：含鋁99%以上，也稱做純鋁系列，它的特點是導電性好，耐腐蝕性能好，焊接性能好，強度低，不可熱處理強化。2系：以銅為主要合金元素的鋁合金，高溫強度高，易腐蝕3系：以錳為主要合金元素的鋁合金，不可熱處理強化，耐腐蝕性能好，焊接性能好，塑性好，可通過冷

14、加工硬化來加強強度。4系：以硅為主要合金元素的鋁合金，鑄造機械性能良好，不常用5系：以鎂為主要合金元素的鋁合金，強度塑性高，耐受性能好，不可熱處理強化6系：以鎂和硅為主要合金元素的鋁合金，中等強度，耐腐蝕性能好，焊接性能好，工藝性能好（易成型），多做鍛鋁。7系：以鋅鎂銅為主要合金元素的鋁合金，硬度非常大，焊接性能好，可熱處理強化。工藝性能好。3、鋁合金的強化方式。答：固溶強化：合金元素加入純鋁中，形成鋁基固溶體，起固溶強化作用，使其強度提高。鋁的合金化一般具有較大的極限溶解度。鎂的強化效果最好，鋅的強化效果最差。彌散強化：當加入合金元素過量后，淬火加熱時會產(chǎn)生少量Al3Er初生相粒子，冷卻后固

15、態(tài)中產(chǎn)生彌散分布的Al3Er顆粒，阻礙位錯滑移運動?！纠@過機制】細晶強化：加入一些合金元素起形核劑作用，減少基體Al的孕育周期，抑制其長大，晶界變多，對位錯塞積阻礙嚴重，起到強化作用時效強化：鋁合金的熱處理強化,主要是由于合金元素在鋁中有較大固溶度且隨溫度降低而急劇減小,故鋁合金經(jīng)加熱到一定溫度淬火后,可以得到過飽和的鋁基固溶體,這種過飽和的鋁基固溶體放置在室溫或加熱到某一溫度時,其強度、硬度隨時間的延長而提高,塑性、韌性則降低?！厩羞^機制】4、鋁合金時效過程中相結構及組織的變化、及其對性能的影響。答：相結構及組織變化：過+GP+cita”+cita+cita其中GP區(qū)，cita”，cita均

16、為亞穩(wěn)相，cita為平衡相。GP區(qū)是溶質(zhì)原子富集的排列有序的，均勻分布在基體上，存在一定的共格應變，起到強化效果；cita”為完全共格，比GP區(qū)有更大的共格應變，強化效果更大；cita為部分共格，接近于平衡相；平衡相完全不共格，晶粒尺寸粗大，降低了強化效果。整個強化過程中存在峰值失效超高強度鋼1、名詞二次硬化型超高強度鋼：經(jīng)過加熱淬火后在480550溫度范圍回火時，析出合金碳化物產(chǎn)生彌散強化效應，其屈服強度大于1380MPa的超高強度鋼馬氏體時效鋼：以無碳（或微碳）馬氏體為基體的，時效時能產(chǎn)生金屬間化合物沉淀硬化的超高強度鋼。沉淀硬化不銹鋼：在不銹鋼化學成分的基礎上添加不同類型、數(shù)量的強化元素

17、，通過沉淀硬化過程析出不同類型和數(shù)量的碳化物、氮化物、碳氮化物和金屬間化合物，既提高鋼的強度又保持足夠的韌性的一類高強度不銹鋼超細晶粒鋼:超細晶粒鋼是指通過特殊的冶煉和軋制方法得到的晶粒尺寸在微米級或亞微米級的新一代超強結構鋼。Q&P 鋼:淬火-碳分配馬氏體鋼，采用淬火配分工藝生產(chǎn)一種具有TRIP效應的高強度高韌性的馬氏體鋼Q-P-T 鋼：淬火-碳分配-回火馬氏體鋼，采用淬火配分工藝生產(chǎn)，并經(jīng)過低溫回火處理，得到一種強度更高馬氏體鋼2、低合金超高強鋼的主要合金元素及其作用。答：1.保證鋼的淬透性（Cr，Mn，Ni） 2.增加鋼的抗回火穩(wěn)定性（V，Mo）3.推遲低溫回火脆性（Si）4.細

18、化晶粒（V，Mo）5.均能使得Ms點降低下降，淬火冷卻到室溫時殘余奧氏體量增加3、馬氏體時效鋼的強化原理和熱處理工藝及其應用。答：原理：利用金屬間化合物在含C極低的馬氏體中彌散析出來強化（時效強化）工藝：高溫奧氏體淬火馬氏體（合金元素溶解在M中）時效馬氏體（沉淀強化）應用：已在包括火箭發(fā)動機殼體，直升飛機起落架，精密模具中得到廣泛應用4、 Q&P 和 Q-P-T 過程與強韌化原理。答：QP：將中高含硅碳淬火至高于室溫并在Ms和Mf之間的某一淬火溫度，并保溫一段時間，使得碳從過飽和的馬氏體中分配到奧氏體中去。奧氏體富碳以致在隨后冷卻到室溫的過程中保持穩(wěn)定不發(fā)生馬氏體相變。 QPT：通過回火處理，使得一部分碳化物析出強化進一步提高鋼的強度。添加了既能析出強化又能細晶強化的元素，Nb，V,Ti。高溫合金1、名詞鐵基(鎳、鈷)高溫合金：以鐵鈷鎳為基體，能在600-1200，一定應力條件下適應不同環(huán)境短時或長時試用的金屬材料。熱疲勞：金屬材料由于溫度梯度循環(huán)引起的熱應力循環(huán)（或熱應變循環(huán)），而產(chǎn)生的疲勞破壞現(xiàn)象