金属功能材料试题(附答案)

（1）试举出3中金属基复合材料制备方法

固态法、液态法、喷射成型法、原位生长法。

（2）试说明制备金属基复合材料的主要困难和解决措施

困难：1、制备温度选择难度大2、界面反应难以控制3、金属基体与增强材料间润湿性差，甚至在制备温度下完全不润湿4、将增强材料按照设计要求方向均匀分布于基体中比较困难

解决措施：严格控制界面反应温度，保持界面性能的稳定

（3）试说明粉末冶金法的主要原理

将金属或非金属粉末混合后压制成形，并在低于金属熔点的温度下进行烧结，利用粉末间原子扩散来使其结合。

（1）试说明储氢的方式及对储氢材料的要求

高压储氢、液态储氢、金属氢化物储氢、复合氢化物储氢、有机液体储氢、物理吸附储氢

要求：可逆性好、适应燃料电池的工作条件、储氢量大

（2）试写出金属氢化物的相平衡及储氢合金的吸放氢过程

金属大都能固溶一定量的氢而形成固溶体，当氢含量超过一定限度后发生反应形成金属氢化物，反应式如下：

O一A:为吸氢过程的第一步，金属吸氢，形成含氢固溶体;

A一B:为吸氢过程的第二步，形成金属氢化物;

B点以后为第三步，氢溶入氢化物形成固溶体，氢压增加。

（3）试画出储氢合金吸氢/放氢过程的滞后回线

（1）试说明梯度功能材料的特点

1）组分、结构和性能均呈连续梯度变化2）内部无明显的界面。

（2）试说明自蔓延技术的过程及特点

过程：将金属粉末和陶瓷粉末按梯度化充填，加压压实，从成形体的一端点火燃烧，反应自行向另一端传播，利用化学反应产生的热量和反应的自传播性，使材料烧结和合成。

特点：适合于生成热大的化合物的合成，如AlN、TiC、TiB2等操作过程简单，反应迅速，能耗低，纯度高，材料致密度低。

（3）试比较梯度功能材料与复合材料的区别

梯度功能材料是两种或多种材料复合成组分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料，以特殊功能为目标，功能实现梯度化，宏观组织非均质。

复合材料梯度材料

设计思想组分优点的复合特殊功能为目标

组织结构 0.1 m-1m 10nm-10mm

结合方式分子间力分子间力/物理键/化学键

微观组织非均质均质/非均质

宏观组织均质非均质

功能一致梯度化

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（1）试说明薄膜材料的形核及生长理论

薄膜的形成过程大致都可分为4个

阶段，

图（a）在最初阶段，外来原子在基

底表面相遇结合在一起成为原子

团，只有当原子团达到一定数量形

成“核”后，才能不断吸收新加入的原

子而稳定地长大形成“岛”；图（b）随

着外来原子的增加，岛不断长大，

进一步发生岛的接合；图（c）很多岛接合起来形成通道网络结构；图（d）后续的原子将填补网络通道间的空洞，成为连续薄膜。

（2）比较分析PVD和CVD沉积技术的优缺点

1、物理气相沉积（PVD）

采用物理方法使物质的原子或分子逸出，然后沉积在基片上形成薄膜的工艺

根据使物质的逸出方法不同，可分为蒸镀、溅射和离子镀

2、化学气相沉积（CVD）

特点：设备可以比较简单，沉积速率高，沉积薄膜范围广，覆盖性好，适于形状比较复杂的基片，膜较致密，无离子轰击等优点。特别是在半导体集成电路上得到广泛应用.

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（1）试说明材料与环境的关系

材料及其制品的制造、使用及废弃过程是造成能源短缺、资源过度消耗和

枯竭以及环境污染的主要原因之一。

（2）试说明环境材料的内涵

在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需材料。既包括经改造后的现有传统材料也包括新开发的环境材料。

(1)材料的先进性(2)环境协调性(区别于传统材料) 生产环节中资源和能源的消耗

少工艺流程的环境负荷小废弃后易于再生循环。（优先争取的目标）(3) 舒

适性

（3）试说明如何应用材料预测技术使材料环境材料化

材料的性能可通过化学成分的选择以及由控制加工、热处理等制造工艺而确定的微观组织来决定。复合材料的特点之一就是可以根据使用目的进行设计和制造；金属材料即使化学成分相同，也能通过改变微观组织使它的性能发生很大的变化，因

而可以说金属材料是可进行设计的材料采用以基础理论为指导的材料预测技

术来控制生产、使用、废弃、回收的循环，这是“金属材料环境材料化”的重要课题。

（4）设计一种储氢复合材料。拟定其制备工艺、测试方法并预测其可能的性能Mg2Ni

制备工艺: 采用粉末冶金

测试方法:

性能: 储氢容量高 资源丰富 价格低廉 放氢温度高（250－300℃）放氢动力学性能较差

采用Mg-Ni、Mg-Cu、Mg-La、Mg-Al为基的三元或多元合金可以改善其性能，也可在Mg基合金中弥散一定对氢化有催化作用的金属颗粒如Pd、Ni 等