2025年工藝材料的考試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪種材料屬于非晶態(tài)合金的典型代表？A.鈦鋁合金B(yǎng).鋯基塊體金屬玻璃C.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料D.氮化硅陶瓷2.衡量材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力的關(guān)鍵指標(biāo)是？A.抗拉強(qiáng)度B.斷裂韌性C.硬度D.彈性模量3.生物可降解高分子材料PLGA的主要單體是？A.乳酸與乙醇酸B.己內(nèi)酯與乙二醇C.丙交酯與乙交酯D.淀粉與纖維素4.熱等靜壓（HIP）工藝主要用于改善材料的？A.表面粗糙度B.內(nèi)部致密性C.抗氧化性能D.導(dǎo)電率5.下列關(guān)于石墨烯的描述，錯誤的是？A.室溫下電子遷移率超過15000cm2/(V·s)B.理論強(qiáng)度約130GPaC.熱導(dǎo)率低于銅D.具有二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)6.鑄造工藝中，適用于生產(chǎn)復(fù)雜薄壁鋁合金零件的是？A.砂型鑄造B.離心鑄造C.壓力鑄造D.消失模鑄造7.陶瓷材料的主要結(jié)合鍵是？A.金屬鍵B.離子鍵與共價鍵C.范德華力D.氫鍵8.形狀記憶合金（SMA）的相變類型為？A.擴(kuò)散型相變B.馬氏體相變C.珠光體轉(zhuǎn)變D.貝氏體轉(zhuǎn)變9.以下哪種工藝屬于增材制造（3D打?。┑牡湫图夹g(shù)？A.軋制B.激光選區(qū)熔化（SLM）C.模鍛D.電解拋光10.用于高溫環(huán)境的熱障涂層（TBCs）常用材料是？A.氧化鋯（ZrO?）摻雜氧化釔（Y?O?）B.氧化鋁（Al?O?）C.碳化硅（SiC）D.聚四氟乙烯（PTFE）11.高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是指？A.材料從高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)的溫度B.非晶態(tài)聚合物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度C.結(jié)晶聚合物的熔點(diǎn)D.材料開始分解的溫度12.鋁合金時效強(qiáng)化的主要機(jī)制是？A.固溶原子阻礙位錯運(yùn)動B.析出相粒子釘扎位錯C.晶粒細(xì)化阻礙位錯滑移D.孿晶界分割滑移路徑13.以下哪種材料屬于功能梯度材料（FGM）？A.夾層玻璃B.梯度成分的航天發(fā)動機(jī)熱端部件涂層C.碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料D.不銹鋼14.評價材料耐磨損性能的常用試驗(yàn)方法是？A.夏比沖擊試驗(yàn)B.維氏硬度試驗(yàn)C.銷盤磨損試驗(yàn)D.三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)15.2024年新研發(fā)的“超彈性鈦合金”主要通過哪種方式實(shí)現(xiàn)高彈性應(yīng)變？A.引入納米孿晶結(jié)構(gòu)B.調(diào)控β相穩(wěn)定性C.表面涂層強(qiáng)化D.增加合金元素固溶量二、填空題（每空1分，共20分）1.材料的力學(xué)性能中，______是指材料在斷裂前吸收塑性變形功的能力，常用______試驗(yàn)測定。2.陶瓷材料的脆性主要源于其內(nèi)部______缺陷和______鍵的結(jié)合特性。3.高分子材料的加工工藝中，______適用于生產(chǎn)管狀制品，______適用于制造復(fù)雜形狀的塑料制品。4.金屬基復(fù)合材料（MMC）的增強(qiáng)相通常為______或______（舉例兩類）。5.熱塑性高分子與熱固性高分子的本質(zhì)區(qū)別在于______。6.鋁合金的固溶處理是將合金加熱至______溫度，保溫后快速冷卻，使第二相______在基體中。7.3D打印陶瓷的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是______和______（填寫兩個主要問題）。8.形狀記憶聚合物（SMP）的驅(qū)動方式包括______、______（舉例兩種）。9.鎂合金的主要缺點(diǎn)是______和______（填寫兩個性能短板）。10.2024年突破的“室溫超導(dǎo)材料”爭議焦點(diǎn)在于______和______（填寫兩個驗(yàn)證難點(diǎn)）。三、簡答題（每題8分，共40分）1.比較金屬材料、陶瓷材料和高分子材料在斷裂行為上的差異，并從結(jié)合鍵角度分析原因。2.簡述激光熔覆技術(shù)的原理及其在材料表面改性中的應(yīng)用優(yōu)勢。3.解釋“納米復(fù)合材料”的定義，并說明納米顆粒添加對材料性能的影響（至少列舉3種）。4.分析新能源汽車動力電池外殼材料的選擇要求（從力學(xué)性能、耐腐蝕性、輕量化、成本等方面展開）。5.簡述生物醫(yī)用材料的生物相容性要求，并舉例說明鈦合金作為骨科植入材料的優(yōu)勢。四、綜合分析題（每題15分，共30分）1.某企業(yè)計劃開發(fā)一款用于深海探測器的耐壓殼體材料，要求承受6000米水深（約60MPa靜水壓力）、耐海水腐蝕、輕量化且可焊接?，F(xiàn)有候選材料：超高強(qiáng)度鋼（密度7.8g/cm3，屈服強(qiáng)度1600MPa，耐蝕性一般）、鈦合金（密度4.5g/cm3，屈服強(qiáng)度1200MPa，耐蝕性優(yōu)異）、碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料（密度1.6g/cm3，拉伸強(qiáng)度2500MPa，層間剪切強(qiáng)度50MPa，可焊性差）。請綜合評估三種材料的適用性，提出推薦方案并說明理由。2.2024年，某團(tuán)隊報道了一種“梯度多孔鈦”材料，其孔隙率從表面（50%-60%）向芯部（10%-20%）逐漸降低。結(jié)合骨組織工程需求，分析該材料的設(shè)計意圖，并說明其在骨植入領(lǐng)域的潛在優(yōu)勢（需涉及孔隙率對骨長入、力學(xué)匹配、材料強(qiáng)度的影響）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.B3.C4.B5.C6.C7.B8.B9.B10.A11.B12.B13.B14.C15.B二、填空題1.沖擊韌性；夏比沖擊2.微裂紋；離子/共價3.擠出成型；注射成型4.陶瓷顆粒（如SiC）；短纖維（如Al?O?纖維）5.加熱后是否可重復(fù)熔融（或是否形成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)）6.單相區(qū)；固溶7.燒結(jié)收縮控制；層間結(jié)合強(qiáng)度8.熱驅(qū)動；光驅(qū)動（或電驅(qū)動、pH響應(yīng)等）9.耐蝕性差；高溫強(qiáng)度低10.重復(fù)性驗(yàn)證；成分純度控制三、簡答題1.斷裂行為差異：金屬材料通常表現(xiàn)為延性斷裂，有明顯塑性變形；陶瓷材料為脆性斷裂，幾乎無塑性變形；高分子材料視類型不同，熱塑性塑料可能發(fā)生延性斷裂，熱固性塑料多為脆性斷裂。結(jié)合鍵分析：金屬鍵的自由電子使位錯易滑移，促進(jìn)塑性變形；陶瓷的離子鍵/共價鍵方向性強(qiáng)，位錯運(yùn)動阻力大，裂紋易擴(kuò)展；高分子的分子鏈間作用力（范德華力、氫鍵）較弱，非晶態(tài)高分子鏈段運(yùn)動可耗散能量（延性），交聯(lián)結(jié)構(gòu)限制鏈段運(yùn)動（脆性）。2.激光熔覆原理：利用高能激光束將合金粉末與基體表面同時熔化，快速凝固形成冶金結(jié)合的熔覆層。應(yīng)用優(yōu)勢：熱影響區(qū)小，基體變形小；熔覆層成分可設(shè)計（如高硬度、耐蝕合金）；結(jié)合強(qiáng)度高（冶金結(jié)合）；適用于局部修復(fù)（如模具、軸類零件）。3.納米復(fù)合材料：由至少一相尺寸在1-100nm的納米顆粒與基體（金屬、陶瓷、高分子）復(fù)合而成的材料。性能影響：①納米顆粒阻礙位錯運(yùn)動（金屬基）或鏈段運(yùn)動（高分子基），提高強(qiáng)度；②納米界面增加，改善熱/電傳導(dǎo)（如石墨烯/聚合物提高導(dǎo)熱性）；③納米顆粒細(xì)化晶粒（陶瓷基），提高斷裂韌性；④可能引入光/電/磁功能性（如磁性納米顆粒賦予材料磁響應(yīng)）。4.選擇要求：①力學(xué)性能：需承受碰撞沖擊，要求高屈服強(qiáng)度（≥300MPa）和沖擊韌性（-40℃下沖擊功≥20J）；②耐腐蝕性：電池可能漏液（酸性或堿性），需耐化學(xué)腐蝕（如鋁合金氧化膜保護(hù)、不銹鋼鈍化層）；③輕量化：降低整車能耗，密度≤3g/cm3（鋁合金、復(fù)合材料優(yōu)先）；④成本：量產(chǎn)需考慮材料單價（鋼<鋁合金<復(fù)合材料）、加工成本（復(fù)合材料成型工藝復(fù)雜）；⑤可加工性：需滿足沖壓、焊接（鋼和鋁合金易焊接，復(fù)合材料需膠接）。5.生物相容性要求：①血液相容性（無溶血、血栓）；②組織相容性（無炎癥、毒性）；③力學(xué)相容性（彈性模量與骨匹配，避免應(yīng)力屏蔽）；④可降解性（若為可吸收材料）或長期穩(wěn)定性（若為永久植入）。鈦合金優(yōu)勢：密度（4.5g/cm3）接近骨（1.8-2.1g/cm3），彈性模量（110GPa）低于不銹鋼（200GPa），減少應(yīng)力屏蔽；表面易形成TiO?鈍化膜，耐體液腐蝕；無Ni、Al等有毒元素（如Ti6Al4V需控制Al含量）；可通過表面處理（如羥基磷灰石涂層）促進(jìn)骨整合。四、綜合分析題1.推薦方案：鈦合金為主選，超高強(qiáng)度鋼為備選，復(fù)合材料不推薦。理由：①復(fù)合材料：密度最低（1.6g/cm3），拉伸強(qiáng)度高（2500MPa），但層間剪切強(qiáng)度僅50MPa，深海壓力下易發(fā)生層間剝離；可焊性差，殼體需拼接時難以保證密封性，故排除。②超高強(qiáng)度鋼：屈服強(qiáng)度1600MPa（遠(yuǎn)高于60MPa需求），但密度大（7.8g/cm3），深海探測器自重增加會影響有效載荷；耐蝕性一般，長期海水環(huán)境易腐蝕，需額外涂層保護(hù)，增加成本和維護(hù)難度。③鈦合金：密度4.5g/cm3（輕量化），屈服強(qiáng)度1200MPa（滿足60MPa壓力要求，安全系數(shù)高）；耐海水腐蝕優(yōu)異（表面TiO?膜穩(wěn)定）；可焊接（需控制焊接工藝避免脆化），綜合性能最匹配。2.設(shè)計意圖：模擬天然骨的梯度結(jié)構(gòu)（骨皮質(zhì)致密、骨松質(zhì)多孔），實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能與生物功能的協(xié)同。潛在優(yōu)勢：①表面高孔隙率（50%-60%）：孔徑（100-500μm）適合成骨細(xì)胞遷移和血管長入，促進(jìn)骨整合；孔隙結(jié)構(gòu)增加比表面積，利于生長因子吸附和礦化。②芯部低孔隙率（10%-20%）：保留材料強(qiáng)度（孔隙率每增加10%，強(qiáng)度