金属功能材料复习题_金属功能材料复习题

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1.是金属功能材料，分类。

答：（1）能量与信息的显示、转换、传输、储存等方面，具有独特功能的一类材料，这些特殊功能是以它们所具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学等物理性能为基础的；（2）主要包托：贮氢合金、梯度功能材料、磁性材料、金属薄膜材料、环境材料、纳米金属材料、非晶态金属材料、信息材料、超导材料和智能金属材料等。

2.是超导体，超导体的种类，简述YBCO的制备原理。

（1）在一定低温情况下导体的电阻为0的导体叫做超导体，按照人们的认识分为两种, 一种是简单的超导体, 利用BCS理论可以描述.另一种是高温超导体, 研究发现与能带的p-波有关, 又称p-波超导体.（2）2．1烧结法

选用氧化物或碳酸盐为原材料，首先将各种原材料要纯、细，配料时严格按照YBa2Cu3O7(简称123相)配比，然后研磨使得原料均匀混合，将材料预合成单

一均匀的123相合成料，再次将粉末研磨3～4小时，通过压制将样品压制成紧密结构，最后将有压制好的样品放入瓷坩埚中，并放入炉内烧结。烧结工艺是制备YBCO超导陶瓷的最关键步骤，由于YBa2Cu3O7较难烧结，在高温下不一致熔融，O呈现分解熔融，当温度升高到1000C左右时，有部分液相产生。一般为了提高

难烧结物质的烧结性，往往加入少量的烧结助剂，但这种方式，会使得超导陶瓷的特性变差，所以有必要改善粉末体的特性和选择适当的烧结制度。实际烧结时要得到纯粹的Y123相是不容易的，即存在组成的不均匀性。在这种情况下，为得到异相析出尽量少的Y123烧结体，有效的方法之一是降低烧结温度[3]。另外烧结条件下的氧分，升降温制度也是非常重要的方面。研究结果表明，为得到具有良好超导性的烧结体，必须在适当的氧压分气氛下从高温缓慢冷却，在500～600OC保温且维持该氧气氛。

2.2共沉淀法

利用以硝酸钇、硝酸钡和硝酸铜为反应原料溶于水中，而后加入草酸作为沉淀剂，获得相应的草酸盐共沉淀产物，经过滤分离后，将沉淀物在800～900OC加热分解和固态反应可得到组成均匀的YBa2Cu3O7多晶体粉体。在粉末预烧结过

程中,在850OC烧结，即能完成123相转变，在915OC能得到杂相含量非常少123的单相粉。采用共沉淀法获得的粉末具有含杂质少、颗粒细、组成均匀、无第二相分布的YBCO块状多晶的优点，共沉淀粉烧结样品晶粒边界附近约有2～5nm厚的富铜、贫氧和贫钇层，这一非化学计量层和样品中的疏孔、裂纹等构成了样品的弱连接区 ,并导致低临界电流密度[4]。但是共沉淀法存在的问题是投入料的组成与共沉淀物的组成间有偏离，而偏离相的组成较大时，最后的成分中可能出现不同的相，这些相将直接影响YBCO材料的特性。

2.3熔融法

[5]1987贝尔实验室采用熔融冷却工艺得到了块体超导陶瓷材料（YBa2Cu3O7），其临界电流密度已达到7800A/cm2(77K,0T)，甚至77K,1T时，临界电流密度仍大于1000 A/cm2，这被认为是由于无弱连接且晶界极其洁净的缘故。

熔融法实验方法是首先在红外、X光分析基础上制备高品质的Y123的超导体粉和Y2BaCuO4(Y211)粉体，掺与10%的Wt Ag2O以及不同比例的Y211相粉末后，OO在880C烧结24h,再压块成形，经920C X 24h+970OC X 24h烧结后，富40%mol的Y211的样品，体密度达到5.4g/cm3左右；最后在具有一定温度梯度的管式炉

中，进行熔融慢冷生长，慢冷速度为1 OC/h，样品两侧的温度为1.5 OC/cm，这样

就可以获得YBCO超导材料。此方法中Y123以籽晶（Sm123）为中心向四周生长

出较大尺寸的晶粒，这样一来，不仅能控制晶粒生长方向，而且还能减小大角度

晶界的产生[6]。由于这类晶体的尺寸较大，在退场时冻结磁通能力很强，对永久

磁体可产生较大的吸引力，主要用于磁悬浮力中。

2.4定向凝固法

目前制备 YBCO块材的熔化工艺虽然有多种, 但其实质都是在高温下21

1固相与富钡铜的液相通过包晶反应定向凝固成片层排列的YBCO。利用定向凝固

技术制备 YBCO可使材料显微结构按择优生长方向规整排列, 获得定向组织[7]。

采用固相反应法，首先将Y2O3,BaCO3和CuO三种粉末按原子比 1：2：3的比例混合、研磨，在玛瑙研钵中研磨10h左右，然后在热处理炉中900OC下烧结

20h，再研磨、烧结,直到得到纯 Y123相。Y211粉末的制备与 Y 123粉末的制

备原理相同。将所制备的 Y123和 Y 211粉末按一定比例混合研磨后装入模具中,在一定压力下将其压制成 2mmX2mmX12mm的棒材, 并在热处理炉中900OC下热处

理 12h,得到定向凝固需要的棒状预制体。定向凝固试验在自制的氧化物定向生

长装置上进行，炉体加热方式为立式双区加热利用定向凝固技术获得的YBCO超

导棒材具有高度取向排列片层组织、颗粒细小等特点。

3记忆合金的特性，应用领域。

记忆合金是一种原子排列很有规则、体积变为小于0.5%的马氏体相变合金。这种合金在外

力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。由于它具

有百万次以上的恢复功能，因此叫做“记忆合金”。当然它不可能像人类大脑思维记忆，更准

确地说应该称之为“记忆形状的合金”。此外，记忆合金还具有无磁性、耐磨耐蚀、无毒性的优点，因此应用十分广泛。科学家们现在已经发现了几十种不同记忆功能的合金，比如钛－

镍合金，金－镉合金，铜－锌合金等。

（1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、套环等。

（2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。

（3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作，如热机、热敏元

件等。但这类应用记忆衰减快、可靠性差，不常用。

（4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。

4.的制备方法。

答：制备金属薄膜的方法大体可分为两大类：化学方法和物理方法。化学方法包括：化学气

相沉积法、液相生成法、氧化法、扩散法、电镀法等。物理方法包括：真空热蒸发法、直流

溅射、磁控溅射法、射频溅射、脉冲激光沉积、分子束外延生长法等薄膜的制备方法。

5.钢提高耐腐蚀性和韧性的方法是什么？

1、让含碳量减少，提高铬镍合金的含量。Cr：显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时

降低塑性和韧性。提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。使A3和A1温度升高，GS线向左上方

移动。铬为中强碳化物形成元素。1降低C的含量

一般情况下，钢的强度随着碳含量的增加而上升，因此，高强钢的含碳量较高。但是，碳的增加首先影响的是钢板的焊接性，这对于船板制造是极为重要的。其次，含碳量越低，钢板的冲击韧性就越好，但是碳含量降低到一定程度后，转炉终点氧含量必然会大幅度升高，导致钢中的夹杂物增多，从而又会降低钢的低温冲击韧性。固降低碳含量也有下限规定，应

该不低于0.09％。中国船级社规定(GB／T712—2OO0)，各级别船板的含碳量都有上限，钢材级别A、B、D、E的含碳量分别小于0.21％、021％、0.21％和0.18％；高强度结构

钢的含碳量不高于0.16％，各生产厂家的内控指标还要低一些。

2钢水的纯净化与均匀化

纯净化手段也是均匀化的根本保证，如果钢水的成分不能保证均匀，将直接影响合金

元素的分布，进而在钢板的轧制过程中出现偏析，严重时出现带状组织，导致缺陷的产生。

钢的组织均匀化和纯净化后，钢中的夹杂物必然减少，弥散分布的氧化物、氮化物等如果呈

球形，大大降低对基体的割裂作用。通过向钢中加入稀土元素，改善夹杂物的形貌和分布。

3两阶段轧制过程中钢板组织的细化

粗轧和精轧是组织的细化的关键工序，直接它和随后的控制冷却一起，直接决定了船

板的最终力学性能。简言之，就是在粗轧阶段，尽量使每道次变形都能够超过临界变形量，保证奥氏体组织的充分再结晶，从而反复细化高温奥氏体；在精轧阶段，由于处于未再结晶

区，不必强调每道次的压下量，累积的变形量同样可以达到目的，一般而言，道次压下量不

低于12％，特别是最后三道次，每道次压下量应大于l5％。

提高船板的强度不是很难，而配以相当高的韧性，即保持低温下良好的冲击韧性和抗

冷弯性能，才复合高级船板钢的要求。组织细化方法是目前既提高强度，又不降低韧性的唯

一手段，钢水的纯净化和均匀化，严格的成分控制，最终都是为组织细化服务的。钇钡铜氧的超导原理；

答案：传统超导理论（BCS理论）

1957年美国人巴丁、库柏和施瑞弗在电子和声子相互作用的基础上建立了低温超

导的微观理论（即BCS理论），解释了超导电性的起源，阐明了超导的本质。所

谓BCS理论，是解释常规超导体的超导电性的微观理论。该理论以其发明者巴丁

（J.Bardeen）、库珀（L.V.Cooper）施里弗（J.R.Schrieffer）的名字首字母命

名。BCS是典型的弱耦合理论，把超导现象看做一种宏观量子效应，认为电子间如果存在电子与晶格相互作用产

生的吸引力大于电子间的库伦排斥力而使电子间呈现一种净的吸收作用，那么它

们就能够形成一个束缚态，这种束缚态时两个电子组成电子对偶，称之为库珀对，库柏对对超导电流的形成起决定性作用。在BCS理论提出的同时，尼科莱•勃格

留波夫（Nikolai Bogoliubov）也独立的提出了超导电性的量子力学解释持不同

见解的大概分为费米液体派和非费米液体派，前面所探讨过的BCS理论是在费米

液体正常态的框架上建立起来的机制。

电声子机制：该机制认为，在超导体内两电子间由于交换声子而产生了吸引作用，当这种吸引作用大于电子本身的库伦排斥作用时，两电子就形成电子对引起超导

电性。

同位素效应对探索超导机制有特殊意义。高温铜氧化物超导体的同位素效应指数

远小于0.5，这使得许多人提出了非电声超导机制或混合超导机制。

激子机制：所谓激子，是指由于一直电子系统的极化所导致的能量激发。勒特耳认为超导体内的净吸引力是使两电子间交换激子而产生吸引作用而不是之前所说的利用交换声子使两电子产生吸引。如果这种激子机制能产生两电子间的净吸引力，那么将可以预期出现超导态。尽管理论上做了很多设想，但迄今为止还没有试验事实能够肯定激子超导机制。

美国的P.M.Anderson是反对用费米液体描写高温超导体的代表之一，他提出了共价键态理论来说明高温超导机制。

共振价键理论（RVB态）

这一理论是基于高温氧化物的低维性、反铁磁的邻近性和载流子密度低等特点提出的。该理论认为电荷与自旋自由度分离，这与费米液体的基本点不同，在相邻原子上，自旋相反的两轨道电子形成共价键，而这些共价键可以在两个以上的位置之间共振。

“共振价键理论”（RVB）是一种由实空间定域配对转变为能量空间的非局域配对机制。共振价键理论中，无电子型的准粒子，而电子的强关联是导致系统电荷和自旋自由度相分离的原因，从而有空穴子和自旋子两种元激发。

双成分理论【2】：我国著名物理学家章立源提出的双成分理论认为，巡游载流子形成的库珀对与近局域对彼此相互相干作用从而诱导增进了超导态中的有效配对位势，从而形成高温超导。

其他理论

其他超导理论如Nesting模型、反铁磁费米液体模型、自旋口袋（spin bag）模型、任意子模型等等理论也是著名的超导理论但如前所说，这些众说纷纭的理论都能在一定程度上说明一些超导现象，但也没能给人足够的证据其适用于钇钡铜氧高温超导机理，可见，目前已存在的理论要么是在传统的BCS理论的框架上进行扩展，要么另辟蹊径发展一种全新理论。但至今仍未见一种能够解释高温超导如钇钡铜氧足以令人信服的理论，看来钇钡铜氧的高温超导机理的探索还需要进一步发展。

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