武汉理工大学2011材料学院研究生复试笔试真题.doc

复材专业问答题1、试结合你所学的专业简述某种材料的生产工艺流程(可用方框图表示)2、试简述金属材料,无机非金属材料,高分子材料的化学组成、结构特点、性能特点、以及它们密度的相对大小。3、如何提高高分子材料的耐热性、强度以及韧性。4、聚合物的结晶程度对其各项性能有何影响?5、现代材料测试技术,简述一种现代材料测试技术,并举例说明它在材料科学研究中的应用2、影响断裂强度的因素(1)分子量的影响分子量是对高分子材料力学性能(包括强度、弹性、韧性)起决定性作用的结构参数。低分子有机化合物一般没有力学强度(多为液体),高分子材料要获得强度,必须具有一定聚合度,使分子间作用力足够大才行。不同聚合物,要求的最小聚合度不同。如分子间有氢键作用的聚酰胺类约为40个链节;聚苯乙烯约80个链节。超过最小聚合度,随分子量增大,材料强度逐步增大。但当分子量相当大,致使分子间作用力的总和超过了化学键能时,材料强度主要取决于化学键能的大小,这时材料强度不再依赖分子量而变化(图4-36)。另外,分子量分布对材料强度的影响不大。图4-36聚苯乙烯和聚碳酸酯的拉伸强度与分子量的关系(2)结晶的影响结晶对高分子材料力学性能的影响也十分显著,主要影响因素有结晶度、晶粒尺寸和晶体结构。一般影响规律是:随着结晶度上升,材料的屈服强度、断裂强度、硬度、弹性模量均提高,但断裂伸长率和韧性下降。这是由于结晶使分子链排列紧密有序,孔隙率低,分子间作用增强所致。表4-4给出聚乙烯的断裂性能与结晶度的关系。表4-4聚乙烯的断裂性能与结晶度的关系结晶度/%65758595断裂强度//%50030010020晶粒尺寸和晶体结构对材料强度的影响更大。均匀小球晶能使材料的强度、伸长率、模量和韧性得到提高,而大球晶将使断裂伸长和韧性下降。大量的均匀小球晶分布在材料内,起到类似交联点作用,使材料应力-应变曲线由软而弱型转为软而韧型,甚至转为有屈服的硬而韧型(图4-37)。因此改变结晶历史,如采用淬火,或添加成核剂,如在聚丙烯中添加草酸酞作为晶种,都有利于均匀小球晶生成,从而可以提高材料强度和韧性。表4-5给出聚丙烯的拉伸性能受球晶尺寸的影响。晶体形态对聚合物拉伸强度的影响规律是,同一聚合物,伸直链晶体的拉伸强度最大,串晶次之,球晶最小。图4-37聚丙烯应力-应变曲线与球晶尺寸的关系表4-5聚丙烯拉伸性能与球晶尺寸的关系球晶尺寸/拉伸强度/MPa断裂伸长率/%(3)交联的影响交联一方面可以提高材料的抗蠕变能力,另一方面也能提高断裂强度。一般认为,对于玻璃态聚合物,交联对脆性强度的影响不大;但对高弹态材料的强度影响很大。随交联程度提高,橡胶材料的拉伸模量和强度都大大提高,达到极值强度后,又趋于下降;断裂伸长率则连续下降(图4-38)。热固性树脂,由于分子量很低,如果不进行交联,几乎没有强度(液态)。固化以后,分子间形成密集的化学交联,使断裂强度大幅度提高。图4-38橡胶的拉伸强度与交联剂用量的关系(4)取向的影响加工过程中分子链沿一定方向取向,使材料力学性能产生各向异性,在取向方向得到增强。对于脆性材料,取向使材料在平行于取向方向的强度、模量和伸长率提高,甚至出现脆-韧转变,而在垂直于取向方向的强度和伸长率降低。对于延性、易结晶材料,在平