搜索
绪论1、材料设计当前面临的主要挑战有哪些？答：1）当代科学技术的发展对新材料提出了更高的要求。性能要求更高更快，如超导材料、能源材料；器件日趋小型化，如半导体集成电路材料；能耐高温、高压等极端条件，如航空航天航海材料、核能材料；精度要求更高，研发费用更高，如航空航天材料；多功能集成，如光电一体化、声光一体化等。2）传统的“炒菜”、“试运行错误”等经验或半经验式材料研究方法，造成资源能源、人力、时间浪费，需从理论上解决新才来解决设计问题2、材料设计研究的主要内容有哪些？答：通过理论与计算预报新材料的组分、结构和性能；通过理论设计来“订做”具有特定性能的新材料。具体内容包括合金设计、新化合物和新物相预报、超晶粒和杂化材料设计、复合材料设计、陶瓷材料设计、高分子材料设计。3、材料设计的途径有哪些？答：第一性原理（能带理论）、计算机模拟技术（数值算法）、知识库与数据库技术（相图数据库）、材料设计专家系统（人工智能）4、材料设计的层次有哪些？答：按研究对象的空间尺度不同分为三个层次。微观设计层次：空间尺度~1nm，电子、原子、分子层次的设计连续模型层次（介观）：空间尺寸~1um，组织结构层次的设计，将材料看成连续介质工程设计层次（宏观）：空间尺寸对应于宏观材料，涉及大块材料加工和使用性能的设计5、材料设计有何重要作用和意义？答：降低新材料的研发成本：合金成分的确定，半导体掺杂等；为新材料的开发提供有力的理论支持：人工超晶格的提出、超硬材料（β-C3N4）等模拟材料的失效过程，正确的找出原因：计算机模拟材料的断裂过程等第一章1、何谓自由电子、近自由电子？答：自由电子：受原子核束缚很小的电子，很容易脱离原子核的束缚，而在整个物体内部自由运动，其能量是连续谱。近自由电子：（晶体电子）晶体中有一个很弱的周期势，电子的运动情况比较接近近自由电子，同时能体现晶体中电子状态的特点，这样的电子叫近自由电子。2、近自由电子理论主要用于解释什么？答：解释电子如何能在阳离子的强电场中自由运动，解释低温时纯金属无缺陷晶体的电子的高输送性质3、何谓布里渊区理论？布里渊区理论是用来干什么的？答：描述能带结构的模型是布里渊区理论两个应用：一是区分金属和绝缘体；二是合金相的琼斯理论4、看懂并解释布里渊区能带图.答：书上P20，图1-85、用图1-11解释金属的导电性与绝缘性答：书上P20第三章第四章1、高分子材料设计的主要内容有哪些？答：高分子的性质---结构---合成，包括从微观-宏观、定性-定量、一级结构-高级结构、静态-动态。概括为以下几方面：1）设计或推断与某种（某些）宏观性能相对应的高分子性质2）提出或设计能体现这一性质的高分子结构3）选择能合成与加工该种结构的高分子的方法和条件并完成聚合物及其材料的合成与加工2、解释一次结构：高分子链的化学结构、空间构型、链结序列和链段的支化度及其分布二次结构：一个高分子链由于价键的内旋转和链段落的热运动而产生的各种构象三次结构：也称聚集态结构、织态结构。按聚集态的紧密和规整程度，将高分子分为无定型、介晶（包括液晶）和结晶三类状态高次结构：由于高分子有不同的聚集态或晶态存在，又有界面或准界面，所以出现多次结构3、二元共聚物有哪4种链型结构？答：交替、无规、嵌段、接枝4、高分子结构的发展趋势是什么？改变高分子结构的途径有哪些？答：发展趋势：功能高分子和智能高分子；改变结构的途径：1）选择新的均聚体、新的高分子链；2）利用共聚物，将功能单体与普通单体共聚合；3）组成多组分体系，包括双组分和复合组分的共熔与混熔体系5、高分子的性质有哪些？答：高分子的性质有基本性质（粘性、溶解性、光学特性、稳定性等）、加工性质、成品性质（外观性质、耐久性、使用性能）6、高分子结构设计的方法有哪些？答：直接组合法（由具有几种预定结构和反应活性的分子通过反应拼和而成高分子）逻辑中心法（先确定目标分子，它可由一级一级前体制得）分子力场法（多元素、多原子体系，用经典力学观点描述分子中原子的拓扑结构）晶体结构模拟法（首先要建立一个高分子晶体初始模型）6、高分子力学性质模拟的原理。答：在合适的分子力场中，分子链在三维周期边界条件下能形成三维无线有序的晶体。在各个方向施加分别施加一定得拉力、压力或剪切力，整个晶体就会在新的作用力场中平衡，从而产生一定的形变。在晶体上施加的力是已知的，受力后晶体的形变可以从平衡后的晶体结构中量出来。根据计算机实验，就可以绘制出该高分子晶体各种应力-应变曲线，从而得到比较可靠的各种模量或各向异性弹性常数。第五章1、复合材料的力学性能答：比强度、比模量高，抗疲劳性好、安全性好；力学性能的特点：可设计性、各向异性、非均质性、层间强度低。2、晶须增韧有哪些优缺点答：优点：能有效的提高陶瓷材料的强度、韧性和可靠性，制备工艺简单，可解决高温下增韧的问题；缺点：由于晶须的尺寸与基体晶粒的尺寸相当，使得晶须的增韧作用局限于几十微米第六章1、陶瓷产生的主要脆性有哪些？答：基体开裂、在裂纹尖端附近形成微裂纹区和相变区、基体和增强体的界面脱粘、纤维断裂，出现裂纹桥联、晶须或纤维拔出、裂纹偏转2、增加陶瓷韧性的主要手段有哪些？答：微裂纹增韧、相变增韧、第二相增韧、晶须增韧、纤维增韧3、何谓材料设计制造一体化？答：实验技术和监控手段的结合，应用计算机模拟技术，对复合材料实施优化设计、性能分析、工艺过程的监控和仿真，对材料承载受力破坏过程进行计算机模拟，获得难以用传统实验获得的一系列信息，并配以适当的实验来检查模型，节约了大量费用，缩短了研制周期，完成材料的设计制造。4、陶瓷材料组分优化设计中常用的方法是什么？可用于陶瓷材料哪些方面的设计与模拟？答：采用多元回归分析，结合实验结果，研究复相陶瓷中的各弥散相组成与力学性能之间的定量关系。6、陶瓷韧化设计的思路有哪些？答：多级增韧机制的共同作用；原位合成纤维独石结构材料的制备；层状复合材料的制备第七章1、M—C方法的基本思想是什么？它适合于解决材料设计与模拟的哪类问题，不适合解决哪类问题？答：基本思想：当问题可以抽象为某个确定的问题时，应当先建立一个恰当的概率模型，即确定某个随机事件A或随机变量X，使得待求的解等于随机事件出现的概率或随机变量的数学期望值，然后进行模拟，即多次重复模拟随机事件A或随机变量X，最后对随机实验结果进行统计平均，求出A出现的频数或X的平均值作为问题近似解。适用于研究物质体系平衡性质；不适用于研究动力学性质2、马尔科夫过程与非马尔科夫过程有何区别？答：马尔科夫过程是随机游动过程，不受历史限制，即新状态仅由现在状态确定；非马尔科夫过程新状态依赖于过去状态。3、M—C方法的特点及其局限性有哪些？答：特点：收敛速度与问题维数无关；受问题的条件限制影响小；程序结构简单、占内存少；误差易确定；具有同时计算多个方案未知量的能力局限性：收敛速度慢；误差与点数的平方根成正比；用于大系统、深穿透问题；低维问题计算量少；误差的概率性质4、M—C方法在材料科学中有哪些应用？答：1）马氏体相变模拟，合金有序—无序转变相关特性的模拟；合金沉淀过程模拟，一级相变的模拟；对晶粒生长和晶粒边界偏析模拟；2）用于经典粒子系统；3）分形体系5、正常晶粒生长与异常晶粒生长的概念，晶粒生长直接原因有哪些？答：正常晶粒生长：晶粒尺寸一致增长，归一化晶粒尺寸F和拓扑分布函数P不随时间改变异常晶粒生长：在重结晶的显微结构中，一些晶粒的尺寸迅速增大，最大尺寸的晶粒比算术平均速率大得多的速率增长。原因：驱动力的改变（界面能的减少）7、正常晶粒生长基本模型的解释以及晶粒生长图形生成的方法。答：解释：1）显微结构的演化可由改变每一晶格的取向数来实现；2）随机选取一个试验格点；3）该格点的一个新的试验取向在其余Q-1种可能取向中任选其一；4）计算取向可能改变有关的能量改变△E；5）通过计算改变几率W判定取向改变是否可以实现方法：初始图形设定：一般晶粒生长法、几何法；基本拓扑相改变专题1合金的设计1、合金设计的方法有哪些？答：统计学法、定量组织学方法、热力学方法、金属物理学方法2、合金设计的内容有哪些？答：成分、加工与热处理方法→组织控制↓↓合金性能预测组织设计程序：各成分的比例、宏观加工处理、显微组织3、合金设计技术中存在哪些问题？答：组织检测精度、独立组织因素困难4、何谓电子空穴？答：当某价电子脱离共价键束缚成为自由电子后，在共价键的原处就留下一个“空位”，这个空位就成为空穴。5、二元合金中σ相形成的条件有哪些？答：1）△r13%，W-Co可形成σ相，△r=12%2）一组元为Ⅴ、Ⅵ元素，另一组元为Ⅶ、Ⅷ元素3）（s+d）电子浓度在6.2～7.2之间4）第三组元的加入会影响σ相的形成温度范围6、阐述3d电子空穴理论的原理及相计算的方法。其判断σ相形成的依据是什么？答：原理：认为相或一般的TCP相都可看成电子化合物，也就是相的形成和稳定性是由电子浓度e/a决定的，所用判据为pauling提出的“电子空穴”理论相计算方法：Nv=∑Ci（Nv）i判定依据：当NvNv时，则形成σ相7、分子轨道理论判断σ相形成的判据是什么？相对电子空穴方法，它有哪些优点？答：判据：MdMdc，析出σ、TCP相；MdMdc，不析出σ、TCP相优点：理论严密、应用普遍，准确性高材料合成与制备方法1、非晶态的定义答：组成物质的原子、分子的空间排列不呈周期性和平移对称性，只在短程有序，而长程无序，这类物质的状态叫非晶态。2、非晶态的种类。答：非晶态合金、非晶态半导体材料、非晶态超导体、非晶态高分子材料、非晶态玻璃3、非晶态材料有哪些主要特征？答：高强度、高韧性；抗腐蚀性好（中性盐溶液和酸性溶液）；软磁特性；超导电性；特殊的光学性质；其他性质（室温电阻率高和负的电阻温度系数）4、非晶态材料的制备原理。答：以足够快的冷却速率，冷却到材料的再结晶温度以下（详述见书75页）5、非晶态材料的主要制备方法。答：粉末冶金法、气相直接凝聚法、液体急冷法、其他方法（结晶材料转变法、磁悬浮熔炼法、静电悬浮熔炼法等）6、液体急冷连续制备非晶材料的方法答：离心法、压延法、单辊法、熔体粘出法、熔滴法小编的话：这是材料设计留下的部分课后思考题（我这只记了这些思考题，有些没抄），小编历时一天半给大家整理出了自己的答案，希望对各位童鞋有所帮助。小编是按照书上的章节顺序做的，没按老师讲课的顺序，方便大家看书。虽然还没确定考试时间，我们可以早做准备，多发时间在考试之前，考试我们能更从容，亲爱的童鞋们加油！