功能材料 考试必备 复习思考题

功能材料复习思考题一、基本概念题1、超导体的同位素效应是指超导体的临界温度依赖于依赖于同位素质量的现象。

2、气敏陶瓷是吸收某种气体后电阻率发生变化的一种功能陶瓷，其气敏特性，大多通过待测气体在陶瓷表面附着，产生某种化学反应、与表面产生电子的交换等作用来实现的，这种气敏现象称为表面过程。

湿敏陶瓷：是指对气体、液体和固体物质中水分含量敏感的陶瓷材料。

3、精细陶瓷按照化学组成可分为氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷；按照陶瓷材料的功能可分为结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷。

精细陶瓷生产的基本工序包括粉体制备、成形和烧结。

4、形状记忆合金中生物相容性好的是Ti-Ni基形状记忆合金，不具有生物相容性的是Cu基形状记忆合金。

5、第二类超导体的主要特征是有两个临界磁场，在混合态下，第二类超导体仍具有零电阻，但不具有完全抗磁性。

6、相对于用天然无机物烧结的传统陶瓷，以精制的人工合成的无机化合物或高纯天然无机物为原料，采用精密控制的制造加工工艺烧结，具有远胜过以往独特性能的优异特性的陶瓷，称为精细陶瓷。

7、形状记忆合金应具备的条件是：合金能够发生热弹性马氏体相变；母相和马氏体的晶体结构通常是有序的；（3）母相的晶体结构具有较高的对称性，而马氏体的晶体结构具有较低的对称性。

8、储氢合金吸氢、放氢时体积会膨胀、收缩，反复的吸氢、放氢，会使合金中产生裂纹、破碎、粉化，这对储氢合金的应用是有害的。

9、形状记忆效应的变形具有一定的限度，取决于母相与马氏体的晶体结构参数。

10、非晶态合金的主要缺点表现在两方面，一是由于采用急冷方法制备材料，使其厚度受到限制，二是热力学上不稳定，受热有晶化倾向。

11、精细陶瓷的制备工艺流程中预烧合成的目的是去除去除原料中挥发的杂质，化学结合和物理吸附的水分、气分、有机物等；使原料颗粒致密化及结晶长大，以减小在以后烧结中的收缩，提高产品合格率；完成同质异晶的晶型转变，形成稳定的结晶相。

12、马氏体相变是非扩散型相变，相变过程是以切变方式进行，由于切变方向不同，产生结构相同，位向不同的马氏体，即马氏体变体。

13、Ms、As、M f、A f是表征记忆合金的热弹性马氏体相变的特征温度，也是形状记忆过程中变形及形状恢复的特征温度。

定义（As-Ms）为热滞后，是形状记忆合金的一个重要参量。

14、马氏体相变是非扩散型相变，相变过程是以切变方式进行。

外加应力可以改变相变温度，即使温度在Ms点以上，只需进行适当的变形也可以发生马氏体相变，称为应力诱发马氏体相变。

热弹性马氏体相变是指马氏体相变过程中，马氏体片随着温度的升降表现出弹性式消长，称为热弹性马氏体相变。

15、超导态下，外磁场的磁化使超导体表面产生感应电流，感应电流在超导体内产生的磁场正好和外磁场相抵消，导致超导体内部磁场为零，即具有完全抗磁性，这种现象就是迈斯纳效应。

16、非晶态合金是指由一定成分的液态合金经高速冷却而形成的在常温和低温固态下原子排列具有短程有序而长程无序的金属合金。

17、功能陶瓷是指利用材料的电、磁、光、声、热等直接的性能或其耦合效应来实现某种使用性能的新型陶瓷。

18、形状记忆合金的超弹性：在A f温度以上对记忆合金施以应力，使合金产生应力诱发马氏体相变。

这时产生的马氏体是不稳定的，一旦应力消除，应变因应力诱发马氏体逆变为母相而回复，称为超弹性。

19、形状记忆效应是指将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而回复到变形前的形状的现象。

20、非晶态合金中，组元间的电负性、原子尺寸相差越大（10~20%）越容易形成非晶态合金。

一般由过渡金属或贵金属和类金属元素组成的合金易形成非晶态合金。

非晶态合金与晶态合金相比，结构上最本质的差别是不存在长程有序性。

21、铁电体的定义是指在某温度范围内具有自发极化且极化强度可以因外电场而反向的晶体。

铁电体的两个特点是：一是具有电滞回线，另一个是具有许多电畴。

所谓电畴就是在一个电畴范围内永久偶极矩的取向都一致。

因此凡具有电畴和电滞回线的介电材料就称为铁电体。

22、BaTiO3 晶体结构有立方相、四方相、斜方相和三方相等晶相，均属于钙钛矿型结构的变体，四方相、斜方相和三方相为铁电相，立方相为顺电相。

23、弛豫铁电陶瓷，又称电致伸缩陶瓷，与正常铁电体相比，主要特征有弥散相变和频率色散。

24、敏感陶瓷是根据某些陶瓷的电阻率、电动势等物理量对热、湿、光、电压及某些气体，某种离子的变化特别敏感这一特性，按其相应的特性，可把这些材料分别称为热敏、湿敏、光敏、压敏、气敏及离子敏感陶瓷。

25、在天然或合成高分子的主链或支链上带有显示某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功能，满足光、电、磁、化学、生物、医学等方面的功能要求，这类高分子通称为功能高分子材料。

26、智能材料是指能够根据所处环境的变化，使自身功能处于最佳状态的材料。

包括形状记忆材料、电流变体材料、仿生材料、光致变色材料、电致变色材料等。

27、导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材料两大类。

电子导电材料包括导体、超导体和半导体。

28、磁性陶瓷分为含铁的铁氧体陶瓷材料和不含铁的磁性陶瓷材料。

29、软磁铁氧体是目前各种铁氧体中品种最多、应用最广泛的一种磁性材料。

常见的是氧离子和金属阳离子组成的尖晶石结构的氧化物，通式为AB2O4，其中A为Mn 2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+、Mg2+、Cd2+、Fe2+等，B为Fe3+30、永磁铁氧体（硬磁铁氧体）是指具有强的抗退磁能力和高的剩余磁感应强度的强磁性材料。

主要参数有：剩余磁感应强度、矫顽强力和最大磁能积，三者愈高，硬磁性材料性能越好。

二、问答题1、画图说明形状记忆效应的三种形式？记忆效应的三种形式：（1）单程记忆效应：材料在高温下制成某种形状，在低温相时将其任意变形，再加热时恢复为高温相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。

仅记住了高温形状。

（2）双程记忆效应：又称可逆形状记忆效应，材料加热时恢复高温相形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆地反复恢复高低温相形状。

记住了高、低温态的形状。

（3）全程记忆效应：材料加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而与高温相取向相反的形状。

它是一种特殊的双程形状记忆效应，记住了高温相形状的反状态。

2、简述非晶态合金的形成条件与制备方法。

形成条件：原则上，冷却速度要足够快，使熔体中原子来不及作规则排列就完成凝固过程，即可形成非晶态金属。

实际上，还要考虑材料的成分与各组元的化学性质。

组元间的电负性及原子尺寸相差越大越容易形成非晶态合金。

制备方法： 1）由气相直接凝聚成非晶态固体，如真空蒸发、溅射、化学气相沉积等；2）由液态快速淬火获得非晶态固体，是目前应用最广泛的非晶态合金的制各方法；3）由结晶材料通过辐照、离子注入、冲击波等方法制得非晶态材料，可在金属表面产生非晶层。

3、精细陶瓷与传统陶瓷的主要区别是什么？，试举出两种功能陶瓷并说明其用途。

主要区别：（1）在原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界限，精细陶瓷一般以氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物等为主要原料。

（2）在成分上，传统陶瓷的组成由粘土的成分决定，所以不同产地和炉窑的陶瓷有不同的质地。

由于精细陶瓷的原料是纯化合物，因此成分由人工配比决定，其性质的优劣由原料的纯度和工艺，而不是由产地决定。

（3）在制备工艺上，突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用真空烧结，保护气氛烧结、热压、热静压等手段。

（4）在性能上，精细陶瓷具有不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘以及在磁、电、光、声、生物工程各方面具有的特殊功能。

4、实用贮氢材料应具备哪些条件？①储氢合金的储氢量应较大，一般应不低于液态储氢方式；②储氢合金应能按应用的要求在适当的压力和温度下吸氢、放氢；③储氢合金应能较迅速地吸氢、放氢；④寿命长、耐中毒；⑤易活化；⑥抗粉化；⑦氢化物的生成热小；⑧储存、运输中安全、无害，原料来源广、成本低廉。

5、超导体的主要临界参数有几个？简述其主要应用领域？临界参数有三个：临界温度，电阻突然消失的温度被称为超导体的临界温度。

即使在低于临界温度以下，若进入超导体内的电流强度以及周围磁场的强度超过某一临界值时，超导状态被破坏，而成为普通的常导状态，电流和磁场的这种临界值分别称为临界电流密度和临界磁场强度。

应用领域：超导输电、超导发电机、电能的超导储存、超导磁悬浮、电磁炮、超导计算机、生物超导、医学检测等。

6、金属贮氢原理是什么？金属大都能固溶一定量的氢而形成固溶体(MHx)，当氢含量超过一定限度后，金属与氢发生反应形成金属氢化物(MHy)。

反应式如下：H MH x y H MH x y y x ∆+-⇔+-222金属与氢的反应，是一个可逆过程。

正向反应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。

改变温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，实现材料的吸释氢功能。

7、储氢合金的种类有哪些？其典型代表与特点是什么？镁系储氢合金典型代表：Mg2Ni，特点：储氢容量高、资源丰富、价格低廉、放氢温度高、放氢动力学性能较差稀土镧镍系储氢合金典型代表：LaNi5特点：活化容易、吸放氢容易、吸放氢平衡压差小（滞后小）、抗杂质气体中毒性能好、适合室温操作、成本高钛系储氢合金典型代表：TiFe，特点：价格低、室温下可逆储放氢、易被氧化、活化困难、抗杂质气体中毒能力差（特别是氧气）8、简述非晶态合金的性能特点与原因？答：1）力学性能：非晶态合金由于组织均匀，没有位错、晶界等晶体缺陷，具有极高的强度和硬度；非晶态合金的延伸率一般较低，但其韧性很好，压缩变形时，压缩率可达40％。

2）软磁特性：非晶态合金由于其结构上的特点——无序结构，不存在磁晶各向异性，因而易于磁化，磁导率、饱和磁感应强度高；矫顽力低、损耗小，是理想的软磁材料。

3）耐蚀性能：非晶态合金具有优异的耐腐蚀性能。

①非晶态合金的耐蚀性主要是由于生产过程中的快冷，导致扩散来不及进行，所以不存在第二相，组织均匀；②其无序结构中不存在晶界，位错等缺陷；③非晶态合金本身活性很高能够在表面迅速形成均匀的钝化膜，阻止内部进一步腐蚀。

9、简述超导现象与超导材料的基本特性？约束超导现象的临界条件是什么？答：超导电现象：材料在一定温度以下，其电阻为零的现象。

基本特性：1）完全导电性，超导体进入超导态时，其电阻率实际上等于零。

2）完全抗磁性，不论开始时有无外磁场，超导体变为超导态后，体内的磁感应强度恒为零，即超导体能把磁力线全部排斥到体外。

临界参数：1）临界转变温度Tc：超导体必须冷却到临界温度以下才能保持其超导性。

2）临界磁场强度Hc：施加给超导体的磁场必须小于某一临界磁场才能保持超导体的超导性。