材料概论练习题答案-1

C 塑性变形、断裂 D．弹性变形、条件变形、断裂 2．低碳钢拉伸应力一应变图中，σ-E曲线上对应的最大应力值称为C A．弹性极限 B．屈服强度 C 抗拉强度 D．断裂强度 3．材料开始发生塑性变形的应力值叫做材料的 A

A．弹性极限 B．屈服强度 C 抗拉强度 D．条件屈服强度

40、什么是复合材料？其应具备哪些特征？

复合材料 —— 指利用先进的材料制备技术将两种（以上）性质不同的材料优化组合而成的新材料。

特征：⑴是根据需要设计制造的人造材料。

⑵必须由两种及两种以上不同组分与性能的材料组成，而且各组分间有明显界

限。

⑶具有结构可设计性。

⑷具有单一组分材料所不能达到的特殊、综合性能。 41、复合材料性能特点有哪些？

性能特点 —— 比强度和比模量高{比强度 = 强度/密度 MPa /（g/cm3）, 比模量 = 模量/密度 GPa /（g/cm3）。}；抗疲劳与断裂安全性好（陶瓷基复合材料的脆性得到明显改善）；良好的减震性、高温性能（树脂基复合材料的最高耐温上限为350 ?C；金属基复合材料按不同的基体性能，其使用温度在350 ? 1100 ?C范围内变动；陶瓷基复合材料的使用温度可达1400?C；碳/碳复合材料的使用温度最高可达2800?C）；化学稳定性（树脂基复合材料和陶瓷基复合材料）；还有较好的耐烧蚀性、耐辐射性、耐蠕变性以及特殊的光电磁性能。

42、简述复合材料基本结构的特征？并举例说明。

答: 复合材料的基本结构由基体和增强相两个组分构成：

基体：构成复合材料的连续相；如:非金属基（树脂、橡胶、陶瓷），金属基（如，钢）。

增强相：复合材料中独立的形态,分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善和增强。

增强相一般较基体硬，强度、模量较基体大，或具有其它特性。可以是纤维状、

颗粒状或弥散状。

增强相与基体之间存在着明显界面。 实例：

玻璃钢 —— 玻璃纤维增强塑料 轮胎 —— 纤维增强橡胶

钢筋混凝土 ——陶瓷基复合材料

43、常见复合材料有哪些？并说明各具有哪些性能和用途？ 玻璃钢

增强剂 —— 玻璃纤维（主要是SiO2），比强度和比模量高，耐蚀，绝缘。 基体（粘结剂）——热固性的酚醛、环氧树脂，热塑性的聚脂。

性能（与基体相比）—— ( 比 ) 强度，疲劳性能，韧性，蠕变抗力高。 用途 —— 轴承，轴承架，齿轮，车身。 碳纤维树脂复合材料

增强剂 —— 碳纤维 ( 石墨 ) ，强度和弹性模量高，且2000℃以上保持不变； -180℃不变脆。

粘结剂（基体）—— 环氧树脂，酚醛树脂，聚四氟乙烯。

性能（与基体相比）—— 密度比铝低，强度比钢，模量比铝合金和钢高，疲劳性

能，冲击韧性，耐蚀摩擦系数小，导热性好，是一种新型结构材料。

用途 —— 卫星和火箭外壳、机架、天线构架，齿轮，轴承，活塞，密封圈，化工容器。

硼纤维树脂复合材料——是一种尖端复合材料

增强剂 —— 硼纤维, σb=2750～3140MPa，E=382～392MPa（4倍于玻纤）。 基体 —— 环氧树脂等。

性能 —— 抗压、剪切和疲劳强度高，蠕变小，硬度和弹性模量高，耐辐射, 化学稳定（水, 有机溶剂, 燃料, 润滑剂）, 导热性能和导电性能好。

用途 —— 航空和宇航材料。 硼纤维金属复合材料

基体 —— 铝镁及其合金，钛及其合金。

性能 —— 如铝基复合材料的强度、弹性模量、疲劳极限高于高强铝合金，比强度高于钢和钛合金 。

用途 ——航空、火箭 。

44、单向排布长纤维陶瓷基复合材料是如何达到增韧目的的？

单向排布长纤维增韧陶瓷复合材料具有各向异性，沿纤维长度方向的性能大大高于横向性能。

当材料产生裂纹的平面垂直于纤维时，裂纹扩展受阻，要使裂纹继续扩展必须提高外加应力，克服纤维拔出功和纤维断裂功。另外，裂纹在发展过程中会出现转向，增加裂纹扩展阻力，从而进一步提高韧度。总之，在单向排布纤维陶瓷复合材料中，韧度的提高来自于：纤维拔出、纤维断裂和裂纹扩展。

45、为什么说金属基复合材料界面层成分、结构非常复杂？其界面结合方式有哪些？ 答： 金属基复合材料界面层成分、结构非常复杂，是因为： ⑴基体与增强材料作用生成化合物

⑵基体与增强材料相互扩散形成扩散层 ⑶增强材料表面的涂层。 界面结合方式：

⑴机械结合：指借助增强纤维表面凸凹不平的形态而产生的机械铰合；以及借助基体收缩应力裹紧纤维产生的摩擦阻力结合。

⑵溶解和浸润结合

⑶反应结合：反应产物并不一定是单一化合物，可能存在多种产物，而且大多为脆性。当达到一定厚度后，会降低界面结合强度。

⑷混合结合：实际中复合材料的结合方式常常几种方式同时存在。 46、简述纤维增强的机理，并说明增强纤维与基体复合时应注意有关强化的几个问题。 答： 纤维增强的机理：

— 增强纤维应制成细纤维，这样才有利于提高纤维强度、改善脆性，降低裂纹发生率。 — 纤维处在基体中，彼此隔离，并受到基体保护，不易产生裂纹，从而使承载能力增

加。

— 带裂纹的纤维因受力断裂时，基体能阻止裂纹扩展。

— 基体受载断裂时，断口不可能在一个平面上，要整体断裂，必须克服纤维与基体的

粘结力和摩擦力，从而抗拉强度大大增加，断裂韧度也增加。 注意：纤维增强复合材料承受载荷的主体是增强纤维。 有关强化的几个问题：

⑴ 增强纤维的强度和弹性模量应比基体高。

⑵ 基体与纤维之间要有一定黏结作用，且应具有适当的结合强度，便于应力的传递。 ⑶ 纤维应有合理的含量、尺寸和分布。纤维含量越高，抗拉强度、弹性模量越大；纤维越细，缺陷越小，并且比表面积也越大，材料结合力越大，则材料强度越高；纤维的排布方向应符合构件的受力要求。由于纤维纵向比横向的抗拉强度高几十倍，应尽量使纤维的排列方向平行于应力作用方向。

⑷ 线膨胀系数匹配。

⑸ 有良好的相容性（高温下基体与纤维之间不发生生化学反应，基体不腐蚀和损伤纤维）。

47、复合材料分类

⑴按基体材料分类：树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳碳复合材料、水泥基复合材料。

⑵按用途分类：结构复合材料、功能复合材料、结构 / 功能一体化复合材料

⑶按增强相分类：颗粒增强复合材料、晶须增强复合材料、短纤维增强复合材料、连续纤维增强复合材料、混杂纤维增强复合材料、三向编织复合材料。

48、什么是复合材料界面？

复合材料的界面是指基体与增强相之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。复合材料的界面是一个多层结构的过渡区域，约几个纳米到几个微米。 三、问答：

1、根据维度数，纳米材料的基本单元可分为哪三类？举例并说明其用途。 答：纳米材料的基本单元可分为以下三类：

⑴ 零维，指三维空间尺度均为纳米尺度，如纳米颗粒、原子团簇。粒度在1~100nm，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物状的固体颗粒材料，用于高密度磁记录、吸波隐身材料等。

⑵ 一维，指在三维空间中有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管。用于微导线、微光纤材料等。

⑶ 二维，指在三维空间中有一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜等。用于气体催化剂、过滤器材料、高密度磁记录材料等。 4、什么是纳米材料? 答：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元所构成的材料。

5、什么是生物材料？

答：用于与生命系统接触和发生相互作用、并能对细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的特殊功能材料，又称生物医用材料。

6、什么是完全抗磁性（又称迈斯纳效应）？其产生的原因是什么？

答：完全抗磁性：是指只要材料温度低于临界温度Tc进入超导态后，材料就将磁力线完全排除在外，其体内磁感应强度为零，这种现象称为完全抗磁性。（2.5分）

产生原因是：当超导体处于超导态时，在磁场的作用下其表面产生一个无损耗感应电流，该电流在超导体内产生的磁场正好与外磁场相抵消。（2.5分）

一、填空(1×30=30分)

1、结构材料和功能材料的主要区别是结构材料利用了材料的 性能。

2、为了减少体积，我们可以用 制成卫星用自展天线；为了减少航天飞机内外温差造成的热应力，可以选择 材料。

3、只有同时具备 和 的材料，才是超导体。 4、热弹性马氏体相变是马氏体随着 变化可以 长大或缩小。

5、储氢材料主要靠 、 和 参数控制吸氢和放氢的过程。 7、超导体的临界参数包括 、 和 。

8、 理论可以解释临界温度在30K以下的材料的超导现象；可以利用 效应测量弱磁场和弱电流。

9、表示材料被磁化容易程度的物理量是 ；表示材料磁性大小的物理量是 。 10、对于所有的磁性材料来说，并不是在任何温度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一个临界温度称为 。

11、纳米技术的实现可以采用 仪器，其利用了纳米材料的 特性。

12、当前实验室制备的纳米块体材料的塑性普遍较低，原因是 。

13、复合材料按其增强体几何形状，可分为 、 和 ；碳纤维/环氧树脂复合材料中，增强体是 。

14、非晶合金的结构特点包括 、 、 和 。 二、选择（2×10=20分）

1、下列材料不属于功能材料的是（ ）；

A、光电材料；B、微晶玻璃；C、金属陶瓷；D、耐火材料 2、下列材料可用做形状记忆合金的材料是（ ）；

A、硅铁合金；B 镍钛合金；C、镁镍合金；D、钇钡铜氧化物 4、下列材料可以用作复合材料、储氢材料及隐身材料的是( ) A、碳纳米管；B、铁氧体；C、稀土系合金；D、MgB2 5、梯度功能材料属于以下哪一种材料 （ ）

A 复合材料； B 合金材料； C结构材料； D 形状记忆材料

6、超导材料通过电流时，它的电阻为零。你认为这种超导材料适合制作( ) A输电导线 B电炉丝 C保险丝 D电磁炉 7、下列关于复合材料的说法正确的是（ ）

A. 将不同性质的材料经简单混合便成复合材料 B. 合金就是复合材料 C. 两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的 D. 复合材料中的各部分作用相同

8、 复合材料的优点是（ ）

①强度高 ②质量轻 ③耐高温 ④耐腐蚀

A. 仅 ①④ B. 仅 ②③ C. 除③外 D. ①②③④ 9、关于第二类超导体，错误的是（ ）

A包括大多数合金或化合物超导体； B 由正常态转变为超导态时有一个中间态； C有更高的临界参数； D 在混合状态，电阻不为零 10、下列方法可以制备非晶合金、梯度材料及复合材料的是（ ） A 化学气相沉积 B 化学镀 C 离子注入 D粉末冶金 三、问答题（35分）

1、固态储氢相对于气态和液态储氢而言有何优点？其基本原理如何？(6分) 2、什么是，应该具备什么条件才能实现记忆效应？ （6分）；

3、纳米材料的基本特性包括哪些?举几例说明材料到纳米尺度后性能的变化；（8分）

5、什么是非晶态合金，其制备的关键技术有哪些，为什么单一金属不能得到非晶态结构？（8分）