2025年材料知識(shí)魔鬼競(jìng)賽題庫(kù)(含答案)一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20題）1.下列鋁合金強(qiáng)化機(jī)制中，屬于“析出強(qiáng)化”典型代表的是？A.純鋁的加工硬化B.6061鋁合金的時(shí)效處理C.7075鋁合金的固溶處理D.鋁鋰合金的細(xì)晶強(qiáng)化答案：B（時(shí)效處理通過析出細(xì)小彌散的第二相粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，是典型析出強(qiáng)化；固溶處理主要形成過飽和固溶體，屬于固溶強(qiáng)化）2.關(guān)于高分子材料結(jié)晶度的影響因素，以下表述錯(cuò)誤的是？A.分子鏈對(duì)稱性越高，越易結(jié)晶B.分子量分布越寬，結(jié)晶度可能降低C.冷卻速率越快，結(jié)晶度越高D.側(cè)基體積越大，結(jié)晶能力越弱答案：C（快速冷卻會(huì)限制分子鏈規(guī)整排列，結(jié)晶度降低；緩慢冷卻有利于結(jié)晶）3.氧化鋯陶瓷（ZrO?）實(shí)現(xiàn)增韌的關(guān)鍵機(jī)制是？A.微裂紋增韌B.相變?cè)鲰gC.纖維增韌D.彌散增韌答案：B（氧化鋯在常溫下由四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕鄷r(shí)體積膨脹，產(chǎn)生壓應(yīng)力抵消裂紋擴(kuò)展，是典型相變?cè)鲰g）4.碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（CFRP）中，界面的核心作用是？A.獨(dú)立承擔(dān)載荷B.傳遞載荷并協(xié)調(diào)變形C.提高樹脂的耐熱性D.降低纖維的表面能答案：B（界面通過剪切應(yīng)力將載荷從基體傳遞到纖維，同時(shí)抑制裂紋在單一相內(nèi)擴(kuò)展）5.形狀記憶合金（SMA）的核心組成通?；谀姆N相變？A.馬氏體相變B.珠光體相變C.貝氏體相變D.奧氏體相變答案：A（熱彈性馬氏體相變是形狀記憶效應(yīng)的基礎(chǔ)，加熱時(shí)馬氏體逆轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，恢復(fù)原始形狀）6.下列屬于“非晶態(tài)合金”典型特征的是？A.長(zhǎng)程有序、短程無序B.短程有序、長(zhǎng)程無序C.完全無規(guī)則原子排列D.具有明確的熔點(diǎn)答案：B（非晶合金原子排列短程有序但長(zhǎng)程無序，無固定熔點(diǎn)，加熱時(shí)直接由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)）7.關(guān)于生物醫(yī)用鈦合金（如Ti6Al4V）的性能要求，錯(cuò)誤的是？A.需具有良好的耐體液腐蝕性能B.彈性模量應(yīng)盡量接近骨組織（約20GPa）C.需避免使用有毒元素（如Al、V）D.表面需具備生物活性以促進(jìn)骨整合答案：C（Ti6Al4V中的Al、V在合理含量下（Al≤6%，V≤4%）生物相容性良好，目前仍是主流醫(yī)用鈦合金）8.納米多孔金屬（如納米多孔金）的高催化活性主要源于？A.大比表面積與表面原子高活性B.晶體結(jié)構(gòu)的完美性C.優(yōu)異的導(dǎo)電性D.高密度的位錯(cuò)缺陷答案：A（納米多孔結(jié)構(gòu)提供極大比表面積，且表面原子配位不飽和，活性位點(diǎn)多，顯著提升催化效率）9.下列陶瓷中，屬于“結(jié)構(gòu)陶瓷”的是？A.鈦酸鋇（BaTiO?）壓電陶瓷B.碳化硅（SiC）陶瓷C.氧化銦錫（ITO）透明導(dǎo)電陶瓷D.鐵氧體（Fe?O?）磁性陶瓷答案：B（結(jié)構(gòu)陶瓷側(cè)重力學(xué)性能，如SiC用于高溫結(jié)構(gòu)件；其余選項(xiàng)為功能陶瓷）10.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.無定形高分子從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度C.結(jié)晶高分子完全熔融的溫度D.材料發(fā)生熱分解的起始溫度答案：B（Tg是無定形或半結(jié)晶高分子的玻璃態(tài)-高彈態(tài)轉(zhuǎn)變溫度；粘流態(tài)轉(zhuǎn)變溫度為Tf，結(jié)晶熔融溫度為Tm）11.鎂合金的主要缺點(diǎn)是？A.密度過大（約7.8g/cm3）B.耐蝕性差，易發(fā)生電化學(xué)腐蝕C.強(qiáng)度過低，無法用于結(jié)構(gòu)件D.加工性能優(yōu)異但成本過高答案：B（鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位低（-2.37V），在潮濕環(huán)境中易與雜質(zhì)形成微電池，耐蝕性差）12.關(guān)于石墨烯的特性，以下表述正確的是？A.禁帶寬度約3eV，屬于絕緣體B.室溫電子遷移率超過15000cm2/(V·s)C.抗拉強(qiáng)度約為鋼的1/10D.熱導(dǎo)率低于銅（401W/(m·K)）答案：B（石墨烯禁帶寬度為0，是半金屬；抗拉強(qiáng)度約130GPa，為鋼的100倍；熱導(dǎo)率約5300W/(m·K)，遠(yuǎn)高于銅）13.水泥的“初凝時(shí)間”是指？A.水泥漿開始失去可塑性的時(shí)間B.水泥漿完全硬化的時(shí)間C.水泥與水混合后開始放熱的時(shí)間D.水泥漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值70%的時(shí)間答案：A（初凝時(shí)間為水泥加水至漿體開始失去可塑性的時(shí)間，終凝時(shí)間為完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度的時(shí)間）14.下列屬于“智能材料”的是？A.普通碳鋼B.形狀記憶聚合物（SMP）C.高密度聚乙烯（HDPE）D.氧化鋁陶瓷答案：B（智能材料具備自感知、自響應(yīng)特性，SMP可隨溫度變化恢復(fù)形狀，屬于智能材料）15.金屬材料的“再結(jié)晶溫度”通常為其熔點(diǎn)的？A.0.1~0.2倍（絕對(duì)溫度）B.0.3~0.4倍（絕對(duì)溫度）C.0.5~0.6倍（絕對(duì)溫度）D.0.7~0.8倍（絕對(duì)溫度）答案：B（再結(jié)晶溫度約為0.3~0.4Tm（Tm為熔點(diǎn)，絕對(duì)溫度），如純鋁Tm=933K，再結(jié)晶溫度約280~370K）16.關(guān)于碳纖維的制備，關(guān)鍵步驟是？A.聚乙烯醇（PVA）纖維的碳化B.聚丙烯腈（PAN）纖維的預(yù)氧化-碳化C.瀝青基纖維的熔融紡絲D.玻璃纖維的表面涂層處理答案：B（PAN基碳纖維占全球產(chǎn)量90%以上，制備流程為PAN原絲→預(yù)氧化（200~300℃，氧化交聯(lián)）→碳化（1000~1500℃，脫除非碳元素）→石墨化（2000~3000℃，提高結(jié)晶度））17.氣凝膠（如二氧化硅氣凝膠）的最顯著特性是？A.高導(dǎo)熱性（>1W/(m·K)）B.極低密度（可低至0.16mg/cm3）C.高強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度>100MPa）D.高折射率（>2.0）答案：B（氣凝膠孔隙率高達(dá)99.8%，密度接近空氣，導(dǎo)熱性極低（約0.013W/(m·K)），強(qiáng)度較低）18.下列屬于“熱固性塑料”的是？A.聚乙烯（PE）B.聚氯乙烯（PVC）C.環(huán)氧樹脂（EP）D.聚丙烯（PP）答案：C（熱固性塑料加熱固化后不可再熔融，如EP、酚醛樹脂；PE、PVC、PP為熱塑性塑料，可反復(fù)加熱成型）19.高溫合金（如Inconel718）的主要強(qiáng)化方式是？A.單一固溶強(qiáng)化B.γ''相（Ni?Nb）沉淀強(qiáng)化C.細(xì)晶強(qiáng)化D.加工硬化答案：B（Inconel718通過時(shí)效處理析出納米級(jí)γ''相（Ni?Nb）和γ'相（Ni?(Al,Ti)），顯著提高高溫強(qiáng)度）20.關(guān)于鋰離子電池負(fù)極材料，目前商業(yè)化最廣泛的是？A.硅基材料（理論比容量4200mAh/g）B.鈦酸鋰（Li?Ti?O??，零應(yīng)變材料）C.石墨（理論比容量372mAh/g）D.金屬鋰（理論比容量3860mAh/g）答案：C（石墨因成本低、循環(huán)穩(wěn)定性好，仍是主流負(fù)極材料；硅基材料因體積膨脹大（>300%）尚未大規(guī)模應(yīng)用，金屬鋰存在枝晶問題）二、判斷題（每題1分，共10題）1.金屬的再結(jié)晶過程屬于相變。（×）（再結(jié)晶是新生無畸變晶粒取代變形晶粒的過程，不涉及晶體結(jié)構(gòu)改變，不屬于相變）2.高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變是化學(xué)變化。（×）（玻璃化轉(zhuǎn)變是鏈段運(yùn)動(dòng)能力變化引起的物理狀態(tài)轉(zhuǎn)變，無化學(xué)鍵斷裂）3.陶瓷的脆性主要源于其內(nèi)部大量共價(jià)鍵或離子鍵的方向性和強(qiáng)結(jié)合力。（√）（共價(jià)鍵/離子鍵不易滑移，裂紋易擴(kuò)展，導(dǎo)致脆性）4.復(fù)合材料的性能是各組分性能的簡(jiǎn)單加和。（×）（復(fù)合材料通過界面協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)“1+1>2”的性能，如CFRP的比強(qiáng)度遠(yuǎn)高于單一纖維或樹脂）5.納米材料的“小尺寸效應(yīng)”會(huì)導(dǎo)致其熔點(diǎn)降低。（√）（納米顆粒表面原子比例高，表面能大，晶格振動(dòng)加劇，熔點(diǎn)低于塊體材料）6.鈦合金的密度（約4.5g/cm3）高于鋼（約7.8g/cm3）。（×）（鈦合金密度約4.5g/cm3，遠(yuǎn)低于鋼）7.氣凝膠的高孔隙率使其成為優(yōu)異的隔熱材料。（√）（孔隙限制空氣對(duì)流，固體骨架導(dǎo)熱路徑長(zhǎng)，導(dǎo)熱系數(shù)極低）8.熱塑性塑料加熱后可重新成型，熱固性塑料不可。（√）（熱塑性塑料為線性/支化結(jié)構(gòu)，加熱熔融；熱固性塑料為交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加熱不熔融）9.形狀記憶合金的“超彈性”是指在馬氏體狀態(tài)下的大變形恢復(fù)能力。（×）（超彈性發(fā)生在奧氏體狀態(tài)，應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體相變，卸載后馬氏體逆轉(zhuǎn)變恢復(fù)形狀）10.水泥的主要礦物成分包括硅酸三鈣（C?S）和硅酸二鈣（C?S）。（√）（C?S水化快，早期強(qiáng)度高；C?S水化慢，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)）三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共6題）1.簡(jiǎn)述形狀記憶合金（SMA）的“形狀記憶效應(yīng)”和“超彈性”的區(qū)別。答案：形狀記憶效應(yīng)是指材料在馬氏體狀態(tài)下發(fā)生塑性變形（如彎曲），加熱至奧氏體相變溫度以上時(shí)，通過馬氏體逆轉(zhuǎn)變恢復(fù)原始形狀的現(xiàn)象；超彈性（偽彈性）則是材料在奧氏體狀態(tài)下受外力發(fā)生大變形（應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體相變），卸載后馬氏體自動(dòng)逆轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，變形完全恢復(fù)的現(xiàn)象。兩者的核心區(qū)別在于：形狀記憶效應(yīng)需加熱觸發(fā)恢復(fù)，而超彈性在室溫下卸載即可恢復(fù)。2.分析碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（CFRP）界面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要點(diǎn)。答案：界面設(shè)計(jì)需滿足三點(diǎn)：①結(jié)合強(qiáng)度適中：過弱的界面導(dǎo)致載荷無法有效傳遞，易發(fā)生脫粘；過強(qiáng)的界面會(huì)使裂紋直接穿過纖維，失去增韌效果。②表面處理：碳纖維需經(jīng)氧化、涂層（如上漿劑）等處理，增加表面活性官能團(tuán)（如-OH、-COOH），提高與樹脂的浸潤(rùn)性。③相容劑選擇：針對(duì)樹脂類型（如環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺）選擇匹配的偶聯(lián)劑（如硅烷偶聯(lián)劑），改善界面化學(xué)鍵合。3.解釋納米材料的“表面效應(yīng)”及其對(duì)材料性能的影響。答案：表面效應(yīng)指納米顆粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)的比例隨尺寸減小顯著增加（如10nm顆粒表面原子占比約20%，1nm時(shí)達(dá)90%），導(dǎo)致表面能和表面原子活性極高。影響包括：①催化性能提升（更多活性位點(diǎn)）；②化學(xué)活性增強(qiáng)（易氧化、吸附）；③燒結(jié)溫度降低（表面原子擴(kuò)散能力強(qiáng)）；④力學(xué)性能變化（表面原子配位不飽和，可能降低或提高強(qiáng)度，取決于具體材料）。4.說明高溫合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及面臨的主要挑戰(zhàn)。答案：優(yōu)勢(shì)：高溫合金（如鎳基合金）具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度（通過γ'相沉淀強(qiáng)化）、抗蠕變性（晶界強(qiáng)化）和抗氧化性（含Cr、Al等形成氧化膜），可在1000℃以上長(zhǎng)期工作。挑戰(zhàn)：①高溫氧化與熱腐蝕：燃?xì)庵械牧?、釩等元素會(huì)破壞氧化膜；②蠕變失效：長(zhǎng)期高溫載荷下原子擴(kuò)散導(dǎo)致塑性變形；③制造難度：復(fù)雜空心葉片需精密鑄造（如單晶鑄造），成本高；④涂層需求：需熱障涂層（如ZrO?-Y?O?）進(jìn)一步提高耐溫性。5.比較熱塑性彈性體（TPE）與傳統(tǒng)硫化橡膠的結(jié)構(gòu)差異及性能特點(diǎn)。答案：結(jié)構(gòu)差異：TPE為嵌段共聚物（如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，SBS），由硬段（玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)，如聚苯乙烯）和軟段（高彈態(tài)，如聚丁二烯）組成，硬段物理交聯(lián)形成物理網(wǎng)絡(luò)；傳統(tǒng)硫化橡膠（如天然橡膠）通過硫黃化學(xué)交聯(lián)形成共價(jià)鍵網(wǎng)絡(luò)。性能特點(diǎn)：TPE可反復(fù)加熱成型（無需硫化），加工簡(jiǎn)便，耐低溫性好，但耐高溫性較差（硬段軟化溫度約80~120℃）；硫化橡膠耐高溫性好（可達(dá)150℃以上），但不可回收，加工需硫化步驟。6.簡(jiǎn)述生物可降解高分子材料（如聚乳酸，PLA）在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用及關(guān)鍵性能要求。答案：應(yīng)用：手術(shù)縫合線（可吸收，避免二次拆線）、骨固定螺釘（逐步降解，應(yīng)力轉(zhuǎn)移至骨組織）、藥物緩釋載體（控制藥物釋放速率）、組織工程支架（提供細(xì)胞生長(zhǎng)框架，最終降解為CO?和H?O）。關(guān)鍵性能要求：①生物相容性：降解產(chǎn)物（如乳酸）無毒性，不引發(fā)炎癥；②降解速率可控：與組織愈合周期匹配（如骨修復(fù)需6~12個(gè)月降解）；③力學(xué)性能：初期強(qiáng)度滿足支撐需求（如PLA拉伸強(qiáng)度約50~70MPa）；④加工性能：可通過注塑、3D打印成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)。四、綜合分析題（每題10分，共2題）1.新能源汽車動(dòng)力電池正極材料的選擇需考慮哪些核心因素？結(jié)合磷酸鐵鋰（LFP）和三元材料（如NCM811）的特性，分析其應(yīng)用場(chǎng)景差異。答案：核心因素：①比容量（決定電池能量密度）；②循環(huán)壽命（充放電次數(shù)）；③成本（原材料價(jià)格）；④安全性（熱穩(wěn)定性，過充/短路時(shí)的放熱風(fēng)險(xiǎn)）；⑤環(huán)境友好性（是否含重金屬）。LFP特性：比容量約170mAh/g（較低），但循環(huán)壽命>3000次（優(yōu)異），成本低（鐵、磷資源豐富），熱分解溫度>500℃（安全性高），不含鈷鎳（環(huán)境友好）。應(yīng)用場(chǎng)景：對(duì)成本和安全性要求高的車型（如商用車、入門級(jí)乘用車），以及需要長(zhǎng)壽命的儲(chǔ)能領(lǐng)域。NCM811（鎳鈷錳比例8:1:1）特性：比容量約200~220mAh/g（高），能量密度高（支持長(zhǎng)續(xù)航），但循環(huán)壽命約1000~1500次（較低），成本高（鈷價(jià)昂貴），熱分解溫度約200℃（易熱失控）。應(yīng)用場(chǎng)景：對(duì)能量密度要求高的高端乘用車（如續(xù)航600km以上車型），但需配套先進(jìn)BMS（電池管理系統(tǒng)）和冷卻技術(shù)降低安全風(fēng)險(xiǎn)。2.針對(duì)“碳中和”目標(biāo)，分析材料領(lǐng)域可采取的關(guān)鍵技術(shù)路徑。（需結(jié)合至少3類材料舉例說明）答案：①新能源材料：開發(fā)高能量密度、長(zhǎng)壽命的動(dòng)力電池材料（如硅碳負(fù)極、固態(tài)電解質(zhì)），降低電動(dòng)車對(duì)化石燃料的依賴；推廣高效光伏材料（如鈣鈦礦太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率已超25%），減少發(fā)電碳排放。②輕量化材料：發(fā)展鋁合金（密度約2.7g/cm3，比鋼輕30%）、碳纖維復(fù)合