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。PMC应用於发动机罩，而MMC与钛铝合金适合於涡轮零件，TiAl也可用於发动机的高温级。起落架的材料趋势：钛6-4(Ti6Al4V)是工业中广为应用的材料并且占据生产总量近60%。然而，多种新型材料近年来已经推向市场。AerMet100与AF1410的推出已经造成了对钢件的冲击，替代了以往用於起落架的300M与4340材料，同时新材料诸如Ti10-2-3(Ti10V2Fe2Al)与最引人注目的Ti5-5-5-3(Ti5Va5Mo5Al3Cr)等钛合金也已经转变为起落架材料，特别是应用於新一代的宽体飞机。这些材料将带来全新的加工挑战和针对刀具优化的要求。航空构件的材料趋势：最新一代复合材料（诸如大量的碳纤维）的应用已更改了现代飞行器制造的外表。过去，铝合金占飞行器材料总量的60-70%；现在和不远的将来，碳纤维与其他复合材料的增长已经幷将超过总量的50%。这些新材料都具有强度高、重量轻且耐磨的特点，但它们的确给制造带来了挑战，需要用新型、先进的超耐磨刀具解决方案来满足这些需求。该行业极为重要的另一组材料则是钛合金，这类材料通常用於减轻重量和降低燃料消耗。6、目前常用的假牙填充材料有哪些？都存在哪些优缺点？目前常用的材料有：银汞合金、复合树脂和玻璃离子复合体。银汞合金是普遍应用的修复材料，已有150多年有历史，其安全性已得到很好的证实，到目前为止，还没有直接的证据表明其对人体健康有不良影响，并且在普通人群中过敏反应的发生率是极低的，银汞合金具有最大的抗压强度、硬度和耐磨性，且性能稳定，常用于后牙窝洞的充填以承担较大的咬力。但由于其颜色为灰黑色，出于美观的考虑，近来也越来越多的被树脂材料所代替。复合树脂主要由树脂基质和无机填料组成。它有较大的抗张强度且固化过程中膨胀，收缩和变形也较少，其最突出的优点是美观，可提供与邻牙最佳的颜色匹配。过去复合树脂比银汞合金软，主要应用于前牙的窝洞充填，然而，近来出现的复合树脂的机械性能和抗磨损能力大大增高，也广泛应用于后牙和大面积窝洞的充填。玻璃离子复合体也是目前牙科常用的一种充填材料，其最大的优点在于对牙髓刺激性小，可以释放氟离子有利于再矿化并且抑制细菌聚集，因此常用于活髓牙咬颌面窝洞的充填，但由于它较脆，不具有大面积填材料所需且有的性能，因此它不能应用于牙齿受力较大部位的充填。补牙主要有以下材料：1、银汞合金：这是一种被大家已经忽视的补牙材料，很多人都会惧怕汞合给人带来危害，其实临床上使用最多的还是这种了。它是汞和银锡合金粉相互作用的汞齐化合物，可以承受的牙合力大不至于让牙齿折断，且由于银汞合金与牙体组织不具备粘结性，应制备盒状洞，设计良好的固位形，使二者贴合紧密、相互嵌合，良好隔湿，才能使银汞合金修复牙体牢固持久。2、复合树脂：此材料特别适合前牙修复，且化学固化复合树脂，操作简便，虽有轻度色泽改变，用于后牙及前牙舌(腭)侧洞也是适宜的。是在有机的合成树脂内加大量的经特殊处理的无机物的充填材料，光敏固化复合树脂，具有色泽稳定，粘结性强等特点。3、玻璃离子聚合粘固粉：是一种对牙髓刺激轻，对牙体硬组织有粘结性，但强度较银汞合金低的多用途材料。适用于III类、V类洞，用于乳牙充填，作窝洞封闭剂以预防龋病。4、丁香油氧化锌粘固粉：又称暂时粘固粉、丁氧膏。作深洞双层垫底的底层不承力材料，或不承力的单层垫底材料，作1～2周的窝洞临时封闭材料，也用作根管充填材料，加入赋形剂作为牙周塞治剂。5、聚羧酸酯粘固粉(又称聚丙烯酸粘固粉)：是一种垫底和粘固材料。可作洞的垫底材料、半年以内的封洞材料、根管充填材料，可作粘结剂粘固牙体修复的冠桥，可加入赋形剂作为牙周塞治剂。6、磷酸锌粘固粉：又称恒久粘固粉、锌水门汀。作深洞双层垫底的上层承力材料，半年以内的窝洞封闭材料，也用于牙体修复的冠、桥修复。7、氢氧化钙粘固粉：是一种新型护髓衬底材料。用于III类、V类洞的垫底材料，用作复合树脂阻断对牙髓刺激的护髓衬底材料及作直接和间接盖髓剂。8、牙胶：加热40°C变软，有可塑性，冷却后变硬。用于根管充填辅助材料，可暂封窝洞，或加热后作牙齿的温度测验。7、介孔纳米材料构筑的方法有哪些？有哪些应用？根据国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)的定义，孔径小于2纳米的称为微孔；孔径大于50纳米的称为大孔；孔径介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的具有巨大比表面积和三维孔道结构的新型材料。在2到50纳米之间的称为介孔。介孔材料是以表面活性剂为模板剂，利用溶胶、凝胶、乳化或微乳等化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用组装生成的。目前合成介孔材料主要采用水热合成法、室温合成法、微波合成法、湿胶合成法、相转变法及在非水体系中合成等方法。介孔材料的几种形成机理已经被提出,主要包括液晶模板和协同组装机理。介孔材料的合成的模板剂有软模板（主要为表面活性剂等）、硬模板（介孔氧化硅、纳米粒子等）两种。介孔材料的研究和开发对于理论研究和实际生产都具有重要意义。它具有其它多孔材料所不具有的优异特性：具有高度有序的孔道结构；孔径单一分布，且孔径尺寸可在较宽范围变化；介孔形状多样，孔壁组成和性质可调控；通过优化合成条件可以得到高热稳定性和水热稳定性。它的诱人之处还在于其在催化，吸附，分离及光，电，磁等许多领域的潜在应用价值。8、高分子材料在日常生活和工农业生产中的地位及作用作为一个新兴的材料专业，高分子材料在社会发展中的作用不容忽视，能源匮乏．环境的恶化更加促进了其发展的脚步。高分子材料在农业上的应用前景也是广阔的。根据农村的资源，经济特点和地区农业现代化的战略目标，高分子材料可以应用于以下几个方面：1节水灌溉用高性能高分子材料我国是严重缺水国家。在干旱少