化工材料学基础期末思考题及答案

1、材料如何推动人类社会进步的？

材料是人类生存和生活必不可少缺少的部分，是人类文明的物质基础和先导，是认了认识自然和改造自然的工具，是直接推动社会发展的动力。材料的发展及其应用是人类社会文明和进步的重要里程碑。没有材料科学的发展就不会有人类社会的进步和经济的繁荣。

人类社会的发展历程，是以材料为主要标志的。某一种新材料的问世及应用往往会引起人类社会的重大变革。新材料的发现和使用伴随着人类的文明进程。

石器时代见证了人类摆脱动物界，开始使用劳动工具；陶器作为第一种人造材料结束了人类的石器时代，是人类从蒙昧时代进入了野蛮时代；青铜器大大促进了农业和手工业的出现，而青铜器制造的兵器把人类带进了冷兵器时代；进入铁器时代后，由铁器制作的农具、手工工具和各种兵器的广泛应用大大促进了社会的发展，把人类文明向前推进；十八世纪，钢铁工业的发展成为产业革命的重要内容和物质基础；十九世纪中叶，钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用使人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会；二十世纪中叶以后，人工合成高分子材料问世并得到广泛应用，逐渐成为国民经济、国防尖端科学和高科技领域不可缺少的材料；五十年代后出现了新型功能陶瓷产业，满足了电力、电子技术和航天技术的发展和需要；二十世纪以后半导体材料的发展使人类社会进入了信息时代；复合材料的发现更加促进了人类社会的发展，它不仅可以应用于航空航天领域，还可以应用于现代民用工业、能源技术和信息技术方面；纳米科技和纳米器件的发展更是可能从根本上改变人类的社会生活和生产方式。

综上所述，我们可以认识到，材料是人类进步的最重要动力，任何工程技术都离不开材料的设计和制造工艺，一种新材料的出现必将支持和促进当时世界文明的发展和技术的进步。

2、化学工程与材料科学和工程之间的关系

3、从我国载人航天工业的飞速发展说明材料的支撑作用

飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料，是航空航天工程技术发展的决定性因素之一。航空航天材料科学是材料科学中富有开拓性的一个分支。飞行器的设计不断地向材料科学提出新的课题，推动航空航天材料科学向前发展；各种新材料的出现也给飞行器的设计提供新的可能性，极大地促进了航空航天技术的发展。

18世纪60年代发生的欧洲工业革命使纺织工业、冶金工业、机器制造工业得到很大的发展，从而结束了人类只能利用自然材料向天空挑战的时代。1903年美国莱特兄弟制造出第一架装有活塞式航空发动机的飞机,当时使用的材料有木材(占47%),钢（占35%）和布（占18%）,飞机的飞行速度只有16公里/时。1906年德国冶金学家发明了可以时效强化的硬铝，使制造全金属结构的飞机成为可能。40年代出现的全金属结构飞机的承载能力已大大增加，飞行速度超过了600公里/时。在合金强化理论的基础上发展起来的一系列高温合金使得喷气式发动机的性能得以不断提高。50年代钛合金的研制成功和应用对克服机翼蒙皮的“热障”问题起了重大作用，飞机的性能大幅度提高,最大飞行速度达到了3倍音速。40年代初期出现的德国 V-2火箭只使用了一般的航空材料。50年代以后，材料烧蚀防热理论的出现以及烧蚀材料的研制成功，解决了弹道导弹弹头的再入防热问题。60年代以来,航空航天材料性能的不断提高,一些飞行器部件使用了更先进的复合材料，如碳纤维或硼纤维增强的环氧树脂基复合材料、金属基复合材料等，以减轻结构重量。返回型航天器和航天飞机在再入大气层时会遇到比弹道导弹弹头再入时间长得多的空气动力加热过程，但加热速度较慢，热

流较小。采用抗氧化性能更好的碳-碳复合材料陶瓷隔热瓦等特殊材料可以解决防热问题。

4、金属材料的发展如何推动了化学工业的发展？

反应容器用金属材料、

5、现代大型飞机中用了哪些材料？主要利用这些材料的什么性质？其未来发展趋势是

什么？

飞机上的材料大部分是合金材料。主要有以下几种。

（1）、铝合金。铝是一种轻金属，比重2.7左右。由于地球的吸引力的作用，要求飞机质量越轻越好。飞机越轻，飞的越高、越快、越远，装载量越大。但是铝的强度低，好在飞机不是拖拉机，它在空中飞行，不会碰到别的物体，所以，飞机的蒙皮大部分是用铝合金压制的，还有前机匣，飞机框架，肋条等。铝合金材料占飞机用料50%--70%左右。

（2）、镁合金。镁比铝更轻，比重2.1--2.3左右，熔点300度左右。强度更低。用来制造不承重的部件、壳体。例如各种活门壳体，油泵壳体等。镁合金材料占飞机用料5%--10%左右。

（3）、钛合金。钛也是一种轻金属，比重4.5左右，比铝重，但是强度很高，很耐高温，熔点1660多度，钛是造飞机的理想材料，飞机发动机，防弹部位，强化部位，加固部位，燃烧室，涡轮轴，涡轮盘，喷口等，大多数是用钛合金材料制造的。现代化的飞机，钛合金的用量比重越来越大。

（4）、镊钼钨合金。是造发动机的理想材料。飞机发动机的温度高达2000多度。一般的材料是不行的。只有钛钨钼合金才能胜任。

飞机发动机装在飞机上时，用石棉布隔热，石棉是良好的隔热材料。把石棉做成板或做成布，把发动机包起来。发达的国家用强化石膏，陶瓷做隔热材料。

我国已经用复合材料隔热（一层籽饰粉，一层钛钨合金板压制成型材）

我国大飞机项目的启动是航空工业发展的极大机遇，在大飞机的设计过程中，安全性、长服役寿命、最小重量、可维护性4个主要方面的性能是必须要考虑的。在大飞机上大量应用复合材料是我国航空实现跨越发展的迫切需求,同时也是我国航空复合材料发展到了一定程度的必然结果，大型复合材料构件自动铺放制造技术在国内还是空白，各项关键技术还有待于突破。

据预测，钛合金越来越广泛地应用於结构零件、起落架和其它硬件设备，复合材料（主要是CFRP）在飞机中的应用也越来越普遍。它们具备较高的强度重量比、良好的抗蚀性能和低的热膨胀；它们的特性可被调整以满足特定的应用。CFRP广泛应用於机翼主梁、机翼和机身蒙皮。复合材料由塑料树脂和纤维复合而成，这些纤维还可用於织物造型而无需任何基质。

航空航天应用材料趋势分析

发动机引擎的材料趋势：自20世纪50年代钛合金与镍基超级合金推出，其重要性已稳步提高，幷在本世纪初达到巅峰。虽然这些合金今日仍然占主导地位，但一组全新的重量轻、高强度、耐高温的材料正在崛起。

1、 PMC's, 聚合物基复合材料；

2、 MMC's, 金属基复合材料；

3、 TiAl, 钛铝合金。

假设面临相同或更高的强度和/或耐高温，这些新型材料具备降低零件重量30%-40%的能力。