材料化學(xué)課后習(xí)題答案

材料化學(xué)課后習(xí)題答案

P42：四⑴⑵（3）

P69：二、三⑴（2）

P90:5

P133：二、三⑴⑵

P199：—'、一

P222：二、三⑴

P236：—'、―

專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)14T

學(xué)號：20142008

姓名：丁大林

T大林20142008

第二章化學(xué)基礎(chǔ)知識

一.填空題

1.熱力學(xué)第三定律的具體表述為純物質(zhì)完美晶體在0K時(shí)的喉值為零，數(shù)

學(xué)表達(dá)式為學(xué)（完美晶體，0K）=0JJC。

2.麥克斯韋關(guān)系式為-(Sv

3.偏摩爾吉布斯函數(shù)又稱化學(xué)勢,定義為“=GB=壯o

4.理想稀溶液存在依數(shù)性質(zhì)，即溶劑的蒸氣壓下降、凝固點(diǎn)降低、沸點(diǎn)升高、

滲透壓的量值均與溶液中溶質(zhì)的數(shù)量有關(guān),而與溶質(zhì)的種類無關(guān)。

5.人們將存在于兩相間厚度為幾個(gè)分子大小的薄層稱為界面層，簡稱界面，有液

3、固二氣、固z液、在遢、固-固界面,通常把固-氣界面、液-氣界面稱為

表面。

6.表面張力一般隨溫度和壓力的增加而降低，且。金阿鍵＞°離了犍＞°極性共價(jià)鍵＞°非極性

共價(jià)鍵。

7.按照氧化態(tài)、還原態(tài)物質(zhì)的狀態(tài)不同，一般將電極分成第一類電極（金屬電極、

氣體電極）、第二類電極（金屬-難溶鹽電極）、氧化還原電極三類。

8.相律是描述相平衡系統(tǒng)中自由度、組分?jǐn)?shù)、相投之間關(guān)系的法則。其有多

種形式，其中最基本的是吉布斯相律，其通式為氏。

二.名詞解釋

1.拉烏爾定律：氣液平衡時(shí)稀溶液中溶劑A在氣相中的蒸氣壓R等于同一溫度

下該純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮鹤?與溶液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)吊的乘積，該定律稱為拉

烏爾定律。

2.亨利定律：在一定溫度下，稀溶液中易揮發(fā)溶質(zhì)B在平衡氣相中的分壓用與

其在平衡液相中的摩爾分?jǐn)?shù)照成正比，該定律稱為亨利定律。

3.基元反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)并非都是由反應(yīng)物直接生成生成物，而是分若干真實(shí)步驟

進(jìn)行的，這些步驟稱為基元反應(yīng)。

4.質(zhì)量作用定律：基元反應(yīng)速率與反應(yīng)中各反應(yīng)物濃度的幕乘積成正比，這一規(guī)

律稱為基元反應(yīng)的質(zhì)量作用定律。

5.穩(wěn)態(tài)近似處理：假定中間物濃度不隨時(shí)間而改變的處理方法。

6.極化：當(dāng)電化學(xué)系統(tǒng)中有電流通過時(shí)，兩個(gè)電極上的實(shí)際電極電勢將偏離其平

衡電勢刊，這種現(xiàn)象稱為電極的極化。

7.相圖：又稱平衡狀態(tài)圖，用幾何（圖解）的方式來描述處于平衡狀態(tài)時(shí)，物質(zhì)

的成分、相和外界條件相互關(guān)系的示意圖。

三.簡答題

1.簡述什么是亞穩(wěn)狀態(tài)，其形成原因及在生產(chǎn)中應(yīng)如何處理。

答：1)是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，但在一定條件下能長期存在，稱為亞穩(wěn)狀態(tài)。

2)形成原因：新相難于形成。

3)生產(chǎn)中遇到亞穩(wěn)態(tài)有時(shí)需要保護(hù)，有時(shí)需要破壞，如非晶體材料制備就是將

材料高溫熔融后迅速冷卻，使晶格排列長程無序，從而形成非晶態(tài)亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，使

材料的耐腐蝕性能力和力學(xué)性能得以提高。金屬退火處理是為了消除淬火等處理

所產(chǎn)生的一些不平衡相，使材料的內(nèi)部組織重新達(dá)到平衡狀態(tài)。

2.簡述物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別。

項(xiàng)目物理吸附化學(xué)吸附

吸附力分子間力化學(xué)鍵力

吸附分子層多分子層或單分子層單分子層

吸附溫度低高

吸附熱小大

吸附速率快慢

吸附選擇性無或很差有

3.簡述熱分析法繪制相圖的步驟。

答：先將樣品加熱成液態(tài)，然后另其緩慢而均勻地冷卻，記錄冷卻過程中系統(tǒng)在

不同時(shí)刻的溫度數(shù)據(jù)，以溫度為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制溫度-時(shí)間曲線，

即冷卻曲線(或稱步冷曲線)。由若干條組成不同的冷卻曲線可繪制出相圖。

四.計(jì)算題

1.計(jì)算壓力為lOOkPa,298K及1400K時(shí)如下反應(yīng)CaCO:i(s)=CaO(s)+CO2(g)△

rGm\判斷在此兩溫度下反應(yīng)的自發(fā)性，估算該反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行的最低溫度。

解：A,G,：(298K)=—RTlnK'=—RTln絳=—8.314x298xln(黑)=0

△G(1400K)=-RTlnKff=-RT\nPco2=-8.314x1400xInI—U0

P°>

2.已知反應(yīng)-H(g)+-Cl(g)=HCl(g)，ArHmtt=-92.2kJ-mol在298K時(shí)，K”

2222

=4.86X10'%試計(jì)算500K時(shí)該反應(yīng)的K"和ArGnT。

解：由范特霍夫方程In與=-A組(工-工、

K：R也TJ

-92.2x10V1____g

即In-，2=1.644x1()23

4.86X10168.314L500298j寸

=-/?TlnKe=-8.314x500xln(1.644xl023/nwl=222.209%//mol

3.在301K時(shí)，鮮牛奶大約在4h后變酸；但在278K時(shí)，鮮牛奶要在48h后才變

酸。假定反應(yīng)速率與牛奶變酸時(shí)間成反比，求牛奶變酸反應(yīng)的活化能。

解：由反應(yīng)速率與牛奶變酸時(shí)間成反比，可知明=見2,反應(yīng)為一級反應(yīng)。速率

kA

方程為--J1=kc

dtA4A

In2In2

k\----=-----s。?叱…竽=聯(lián)=0.0145-1

。4

kF1

由阿侖尼烏斯方程ln"="-

k\氏乜

0.014_Eaf1____1_A

即In0.173-8.3141而一旃J，得與=75.163kJImol

第三章材料的制備

一.填空題

1.熔體生長法主要有提拉法、珀期下降法、區(qū)熔法、焰熔法等。

2.物理氣相沉積法是利用高溫?zé)嵩磳⒃霞訜?使之汽化或形成等離子體,在基

體上冷卻凝聚成各種形態(tài)的材料（如晶須、薄膜、晶粒等）的方法。其中以陰極

濺射法、真空蒸鍍法較為常用。

3.PECVD所采用的等離子種類有輝光放電等離子體、射頻等離子體、電弧等離子

傕。

4.液相沉淀法是指在原料溶液中添加適當(dāng)?shù)腻蹌?，從而形成沉淀物的方法。?/p>

法分為直接沉淀法、共沉淀法、均勻沉淀法。

5.固相反應(yīng)按反應(yīng)物狀態(tài)不同分為純固相反應(yīng)、氣固相反應(yīng)、液固相反應(yīng)及氣液

固相反應(yīng)，按反應(yīng)機(jī)理不同分為擴(kuò)散控制過程、化學(xué)反應(yīng)速度控制過程、晶核成

核速率控制過程和升華控制過程等,按反應(yīng)性質(zhì)不同分為氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、

加成反應(yīng)、置換反應(yīng)和分解反應(yīng)。

6.合成新材料的一個(gè)巧妙方法是以現(xiàn)有的晶體材料為基礎(chǔ)，把一些新原子導(dǎo)入其

空位或有選擇性地移除某些原子，前者稱為插層法,后者稱為反插層法。引入或

抽取原子后其結(jié)構(gòu)一般保持不變。

二.名詞解釋

1.水熱法：指在高壓釜中，通過對反應(yīng)體系加熱、加壓，產(chǎn)生相對高溫、高壓的

反應(yīng)環(huán)境，使通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解而達(dá)到過飽和、進(jìn)而析出晶體的方法。

2.高溫溶液生長法：又稱熔鹽法，是采用液態(tài)金屬或熔融無機(jī)化合物為溶劑，在

高溫下把晶體原料溶解，形成均勻的飽和溶液，通過緩慢降溫或其他方法析出晶

體的技術(shù)。

3.離子鍍：指蒸發(fā)物質(zhì)的分子被電子碰撞電離后以離子形式沉積在固體表面的方

法，是真空蒸鍍與陰極濺射技術(shù)的結(jié)合。

4.化學(xué)氣相輸運(yùn)：是指在一定條件下把材料轉(zhuǎn)變成揮發(fā)性的中間體，再改變條件

使原來的材料重新形成的過程。

5.溶膠一凝膠法：是通過凝膠前驅(qū)體的水解縮聚制備金屬氧化物材料的濕化學(xué)方

法。

6.自蔓延高溫合成法：是利用反應(yīng)物間化學(xué)反應(yīng)熱的自加熱和自傳導(dǎo)作用來合成

材料的一種技術(shù)。

三.簡答題

1.何為化學(xué)氣相沉積法？簡述其應(yīng)用及分類。

答：1）化學(xué)氣相沉積法（CVD）是指通過氣相化學(xué)反應(yīng)生成固態(tài)產(chǎn)物并沉積在固

體表面的方法。

2）CVD法可用于制造覆膜、粉末、纖維等材料，它是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最

為廣泛的沉積多種材料的技術(shù)，包括制造大范圍的絕緣材料、大多數(shù)金屬材料和

合金材料。

2.簡述溶膠一凝膠法的原理及優(yōu)、缺點(diǎn)。

答：1）溶膠一凝膠法的原理：溶膠一凝膠法一般以含高化學(xué)活性結(jié)構(gòu)的化合物

（無機(jī)鹽或金屬醇鹽）為前驅(qū)體（起始原料），其主要反應(yīng)步驟是先將前驅(qū)體溶

于溶劑（水或有機(jī)溶劑）中，形成均勻的溶液，并進(jìn)行水解、縮合，在溶液中形

成穩(wěn)定的透明溶膠體系，經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)

間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過后處理（如干燥、燒結(jié)固化）

可制備出所需的材料。

2）溶膠一凝膠法的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：a.由于溶膠一凝膠法中所用的原料首先被分散到溶劑中形成低黏度的溶液,

因此可在很短的時(shí)間內(nèi)獲得分子水平的均勻性，在形成凝膠時(shí)，反應(yīng)物之間很可

能是在分子水平上被均勻地混合；

b.經(jīng)過溶液反應(yīng)步驟，很容易均勻定量地?fù)饺胍恍┪⒘吭兀瑢?shí)現(xiàn)分子水平上的

均勻摻雜；

c.一般認(rèn)為溶膠一凝膠體系中組分的擴(kuò)散在納米范圍內(nèi)，而固相反應(yīng)時(shí)組分?jǐn)U散

在微米范圍內(nèi)，因此化學(xué)反應(yīng)較容易進(jìn)行且所需溫度較低；

d.選擇合適的條件可以制備各種新型材料。

缺點(diǎn)：a.所使用的原料價(jià)格比較昂貴，有些原料為有機(jī)物，對健康有害；

b.通常整個(gè)溶膠一凝膠過程所需時(shí)間較長，常需要幾天或幾周；

c.凝膠中存在大量微孔，在干燥過程中會逸出許多氣體及有機(jī)物，并產(chǎn)生收縮。

3.簡述礦化劑的主要作用。

答：1）改變反應(yīng)機(jī)制降低反應(yīng)活化能；

2）影響晶核的生成速率；

3）影響結(jié)晶速率及晶格結(jié)構(gòu)；

4）降低系統(tǒng)的共熔點(diǎn)，改善液相性質(zhì)等。

4.簡述自蔓延高溫合成的技術(shù)類型。

答：根據(jù)燃燒合成所采用的設(shè)備以及最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)等，可以將SHS分為六種主

要技術(shù)形式：

1）SHS制粉技術(shù);

2）SHS燒結(jié)技術(shù)；

3）SHS致密化技術(shù)；

4）SHS熔鑄；

5）SHS焊接;

6）SHS涂層。

5.簡述液相驟冷法的特點(diǎn)。

答：液相驟冷法的基本特點(diǎn)是先將金屬或合金加熱熔融成液態(tài)，然后通過不同途

徑使熔體急速降溫，降溫速度高達(dá)1（TI（）3"C/S,以致晶體生長來不及成核就降

溫到原子熱運(yùn)動足夠低的溫度，從而把熔體中的無序結(jié)構(gòu)“凍結(jié)”并保留下來，

得到結(jié)構(gòu)無序的固體材料，即非晶或玻璃態(tài)材料。樣品可制成幾微米到幾十微米

的薄片、薄帶或細(xì)絲狀。

第四章材料的性能

1.什么是腐蝕電池？其形成應(yīng)具備哪些基本條件？

答：1）能導(dǎo)致金屬腐蝕的原電池稱為腐蝕電池。

2）其形成應(yīng)具備三個(gè)基本條件：

a.不同金屬或同種金屬的不同區(qū)域間有電位差存在，且電位差越大,腐蝕越劇烈。

較活潑金屬的電位較低，成為陽極而遭受腐蝕；較不活潑金屬電位較高，作為陰

極起傳遞電子的作用，不受腐蝕。

b.兩極材料共處于相連通的電解質(zhì)溶液中。潮濕的空氣因溶解了SO?等酸性氣體,

而構(gòu)成了電解質(zhì)溶液。

c.具有不同電位的金屬之間必須有導(dǎo)線連接或直接接觸。

2.材料的強(qiáng)度指標(biāo)有哪些？這些指標(biāo)各代表什么含義？

答：材料的強(qiáng)度指標(biāo)有（7?、（。0.2）、％和巧I。

在彈性形變階段，彈性變形的最大值所對應(yīng)的應(yīng)力稱為彈性極限，用外表示。

材料的屈服強(qiáng)度（5）,表示材料開始發(fā)生明顯塑性形變的抗力。對于沒有明

顯屈服點(diǎn)的材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值仇2為其屈服強(qiáng)度。

與值稱為材料的抗拉強(qiáng)度，或極限強(qiáng)度，表示材料在載荷作用下發(fā)生斷裂前的

最大應(yīng)力。

5值稱為材料的斷裂應(yīng)力，表示材料對塑性變形的極限抗力。

3.何為材料的塑性？塑性用何種指標(biāo)來評定？

答：材料的塑性與材料斷裂時(shí)的拉伸程度有關(guān)，可以用伸長率（3）和斷面收縮

率表示（咳）。

6=仁為100%

I。

將625%的材料稱為塑性材料；3<5%的材料稱為脆性材料。

義］00%

4

4.比較布氏、洛氏、維氏硬度的測量原理及應(yīng)用范圍。

答：1）布氏硬度：在直徑為D（一般為10nm）的硬鋼球上施加負(fù)荷F,壓入被

測金屬表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸載，根據(jù)被測金屬表面壓痕直徑D,,使用下式計(jì)

算布氏硬度HB:

HB=--------------------7：=-

（7UI1）D[D-^D--D；\

布氏硬度壓痕很大，測量值準(zhǔn)，適用于測定未經(jīng)淬火的鋼、鑄鐵、有色金屬或質(zhì)

地輕柔的軸承合金等，不適用于測定硬度較高的材料。

2）洛氏硬度：用一個(gè)頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59mm、3.18mm的鋼

球，在一定載荷F下壓入被測材料表面，由壓痕的深度h求出材料的硬度。壓入

深度h越大，硬度越低；反之則硬度越高。

HR=（K-h）/0.002

根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，分HRA、HRB、HRC三種不同的標(biāo)度，其中HRC和HRA

的K值取0.2,HRB的K值取0.26,。HRA是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得

的硬度，用于硬度極高的材料（如硬質(zhì)合金等）；HRB是采用100kg載荷和直徑

1.58mm淬硬的鋼球求得的硬度，用于硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）；

HRC是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬

火鋼等）。洛氏硬度壓痕很小，測量值有局部性，需測數(shù)點(diǎn)求平均值，適用于成

品和薄片。

3）維氏硬度：是以49.03~980.7N的負(fù)荷，將相對面夾角為136°的方錐形金剛

石壓入器壓在材料表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸載，測量壓痕對角線長度，再按下式

計(jì)算硬度：

HV=0.189F/d2

維氏硬度適用于較大工件和較深表面層的硬度測定。還有小負(fù)荷維氏硬度，試驗(yàn)

負(fù)荷為1.961~49.03N,適用于較薄工件、工具表面或鍍層硬度的測定；顯微維

氏硬度，試驗(yàn)負(fù)荷小于1.961N,適用于金屬箔、極薄表面層的硬度測定。

5.什么是材料的疲勞？有哪些指標(biāo)反映材料的疲勞性能？

答：1）疲勞是指材料在循環(huán)受力（拉伸、壓縮、彎折、剪切等）下，在某點(diǎn)或

某些點(diǎn)產(chǎn)生局部的永久性損傷，并在一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋或使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)

展直到完全斷裂的現(xiàn)象。

2）疲勞性能是材料抵抗疲勞破壞的能力，常以S-N曲線表征，S為應(yīng)力水平，N

為疲勞壽命，即在循環(huán)載荷下，產(chǎn)生疲勞破壞所需的應(yīng)力或應(yīng)變循環(huán)數(shù)。

6.什么是熱膨脹？其受什么因素影響？

答：1）大多數(shù)物質(zhì)的體積都隨溫度的升高而增大，這種現(xiàn)象稱為熱膨脹。

2）材料的熱膨脹性與材料中原子結(jié)合情況有關(guān)，結(jié)合鍵越強(qiáng)則原子間作用力越

大，原子離開平衡位置所需的能量越高，則熱膨脹系數(shù)越小。結(jié)合緊密的晶體的

熱膨脹系數(shù)比結(jié)構(gòu)松散的非晶體的熱膨脹系數(shù)大；共價(jià)鍵材料與金屬相比，一般

具有較低的熱膨脹系數(shù)；離子鍵材料與金屬相比，具有較高的熱膨脹系數(shù)；高分

子材料與大多數(shù)金屬和陶瓷相比具有較大的熱膨脹系數(shù)；塑料的線膨脹系數(shù)一般

高于金屬的3~4倍。

7.何謂壓電效應(yīng)？簡述其產(chǎn)生原因。

答：1）當(dāng)對石英晶體在一定方向上施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，在其兩端表面上會出現(xiàn)數(shù)

量相等、符號相反的束縛電荷；當(dāng)作用力反向時(shí)，表面電荷電性也反號，而且在

一定范圍內(nèi)電荷密度與作用力成正比。反之，石英晶體在一定方向的電場作用下，

則會產(chǎn)生外形尺寸的變化，在一定范圍內(nèi)，其形變與電場強(qiáng)度成正比。前者稱為

正壓電效應(yīng)，后者稱為逆壓電效應(yīng)，統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。

2）晶體的壓電效應(yīng)的本質(zhì)是因?yàn)闄C(jī)械作用（應(yīng)力與應(yīng)變）引起了晶體介質(zhì)的“極

化”，從而導(dǎo)致介質(zhì)兩端表面上出現(xiàn)符號相反的束縛電荷。

8.為什么紫外光譜測量必須使用石英比色皿？

答：一般玻璃在紫外光區(qū)（320nm以下）有較強(qiáng)吸收，而石英和藍(lán)寶石則可以較

好地透過紫外線，因此紫外線波段的應(yīng)用中常使用石英或藍(lán)寶石作為材料。

9.根據(jù)材料的磁化率，可以將材料的磁性大致分為哪些？各代表什么含義？

答：根據(jù)材料的磁化率，可以將材料的磁性大致分為五類，即抗磁性、順磁性、

鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性。

1）抗磁性：某些材料在外磁場的作用下，磁化了的介質(zhì)感生出的磁偶極子的作

用與外磁場方向相反，使得磁化強(qiáng)度為負(fù)，這類材料的磁性稱為抗磁性。如Bi、

Cu、Ag、Au等金屬。

2）順磁性：順磁性物質(zhì)的主要特征是不論外加磁場是否存在，原子內(nèi)部存在永

久磁矩。但在無外加磁場時(shí)，由于順磁場的原子做無規(guī)則的熱運(yùn)動，宏觀表現(xiàn)為

無磁性。在外加磁場的作用下，每個(gè)原子磁矩呈比較規(guī)則的取向，物質(zhì)呈現(xiàn)極弱

的磁性。順磁性物質(zhì)主要有過渡元素、稀土元素、鎮(zhèn)J系元素及鋁、伯等金屬。

3）鐵磁性：鐵、鉆、銀室溫下的磁化率可達(dá)10：'數(shù)量級，磁偶極子同向排列，

屬于強(qiáng)磁性物質(zhì)，這類物質(zhì)的磁性稱為鐵磁性。

4）反鐵磁性：某些材料在外磁場作用下，盡管每個(gè)磁偶極子的強(qiáng)度很高，但相

鄰的磁偶極子所產(chǎn)生的磁矩反向排列，磁化強(qiáng)度大小相等、方向相反，相互抵消。

這類材料稱為反鐵磁性材料，其磁化強(qiáng)度為零。反鐵磁性物質(zhì)大都是非金屬化合

物。

5）亞鐵磁性：在鐵氧體（Fe3O4）中A位離子與B位離子的磁偶極子存在反相平

行特性，磁偶極子的強(qiáng)度和離子數(shù)目也可能不相等，從而導(dǎo)致其磁性不會完全消

失，往往保留了剩余磁矩，表現(xiàn)出一定的鐵磁性，稱為亞鐵磁性或鐵氧體磁性。

10.舉例說明材料的工藝性能。

答：1）鑄造性能

鑄造性能是指材料用鑄造方法獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的性能。它取決于材料的流動性

和收縮性。流動性好的材料，充填鑄模的能力強(qiáng)，可獲得完整而致密的鑄件；收

縮率小的材料，鑄造冷卻后，鑄件縮孔小，表面無空洞，不會因收縮不均勻而引

起開裂，尺寸比較穩(wěn)定。金屬材料中鑄鐵、青銅有較好的鑄造性能，可以鑄造一

些形狀復(fù)雜的鑄件。工程塑料在某些成形工藝（如注射成形）方法中要求流動性

好、收縮率小。

2）塑性加工性能

塑性加工性能是指材料通過塑性加工（鍛造、沖壓、擠壓、軋制等）將原材

料（如各種型材）加工成優(yōu)質(zhì)零件（毛坯或成品）的性能。它取決于材料本身塑

性高低和變形抗力（抵抗變形能力）的大小。

塑性加工的目的是使材料在外力（載荷）作用下產(chǎn)生塑性變形而成形，獲

得較好的性能。塑性抗力小表示材料在不太大的外力作用下就可進(jìn)行變形。金屬

材料中銅、鋁、低碳鋼具有較好的塑性和較小的變形抗力，容易塑性加工成形,

而鑄鐵、硬質(zhì)合金則不能塑性加工成形。熱塑性塑料可通過擠壓和壓塑成形。

3）熱處理性能

熱處理性能主要是指鋼接受淬火的能力（即淬透性），用淬硬層深度來表示。

不同鋼種，接受淬火的能力不同。合金鋼淬透性能比碳鋼好，這意味著合金鋼的

淬硬層深度厚，也說明較大零件用合金鋼制造后可以獲得均勻的淬火組織和力學(xué)

性能。

4）焊接性能

焊接性能是指兩種相同或不同的材料，通過加熱、加壓或兩者并用將其連接

在一起所表現(xiàn)出來的性能。影響焊接性能的因素很多，導(dǎo)熱性過高或過低、熱膨

脹系數(shù)大、塑性低或焊接時(shí)容易氧化的材料，焊接性能一般較差。焊接性能差的

材料焊接后，焊縫強(qiáng)度低，還可能出現(xiàn)變形、開裂現(xiàn)象。選擇特殊焊接工藝不僅

可以使金屬與金屬焊接，還可以使金屬與陶瓷、陶瓷與陶瓷、塑料與燒結(jié)材料焊

接。

5）切削性能

切削性能是指材料用切削刀具進(jìn)行加工時(shí)所表現(xiàn)出來的性能。它取決于刀具

使用壽命和被加工零件的表面粗糙度。凡使刀具使用壽命長，加工后表面粗糙度

低的材料，其切削性能好；反之則切削性能差。金屬材料的切削性能主要與材料

的種類、成分、硬度、韌性、導(dǎo)熱性等因素有關(guān)。一般鋼材的理想切削硬度為

HB160~230。鋼材若硬度太低，切削時(shí)容易“黏刀”，使表面粗糙度高；若硬度

太高，則切削時(shí)易磨損刀具。

第五章金屬材料

一.填空題

1.金屬通?？煞譃楹谏饘倥c有色金屬兩大類,前者包括鐵、銃、銘及其合

金，主要是鐵碳合金，常作為結(jié)構(gòu)材料使用:有色金屬通常指除鋼鐵之外的所有

金屬，常作為功能材料使用。

2.大多數(shù)金屬單質(zhì)采取的密堆積型式有立方最緊密堆積、六方最緊密堆積、體心

立方密堆積三種。

3.導(dǎo)電性Al>Zn,Cu>Feo

4.根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中占據(jù)的位置不同,可將固溶體分為置換固溶體、間

隙固溶體、缺位固溶體三種。

5.Q235AF表示屈服強(qiáng)度值為235MPa的A級沸騰鋼。

6.根據(jù)鋁合金的成分及生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，可將鋁合金分為變形鋁合金、鑄造鋁合金

兩類。

7.冶金的分類方法很多，根據(jù)過程性質(zhì)可分為物理冶金、化學(xué)冶金;根據(jù)冶金工

藝過程不同分為火法冶金、濕法冶金、電冶金。

名詞解釋

1.光電效應(yīng)：金屬在短波輻射照射下能放出電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。

2.合金：指由兩種或兩種以上的金屬元素（或金屬元素與非金屬元素）組成的具

有金屬性質(zhì)的物質(zhì)。

3.固溶體：合金在固態(tài)下由不同組元互相溶解而形成的相稱為固溶體。

4.間隙化合物：是由過渡元素與硼、碳、氮、氫等原子直徑較小的非金屬元素形

成的化合物。

5.奧氏體：碳在丫-Fe（晶胞參數(shù)a=356pm）中的間隙固溶體。

6.馬氏體：a-Fe中碳含量可達(dá)到1.6%的過飽和固溶體。

三.簡答題

1.為何晶粒金屬的強(qiáng)度和塑性都比粗晶粒高？

答：金屬在彈性形變時(shí)，晶格形狀發(fā)生暫時(shí)的變化，原子間距改變，除去外力后

又恢復(fù)原狀。塑性變形時(shí)，晶體內(nèi)原子沿晶面滑動，除去外力后不復(fù)原。鋼材是

由許多晶粒組成的，晶粒取向和晶粒間的晶界對變形影響很大。滑動一般不易穿

過晶界，而在晶界上產(chǎn)生應(yīng)力集中，這種集中的應(yīng)力再加上外力，可使相鄰并未

產(chǎn)生滑動的晶粒開始滑動。這樣滑動由少數(shù)晶粒傳布到整體，不同取向的晶粒相

互制約、相互協(xié)調(diào)，以適應(yīng)外力的影響。所以晶粒金屬的強(qiáng)度和塑性都比粗晶粒

高。

2.為何不能在室溫下連續(xù)地將一塊鋼錠經(jīng)多次軋制而制成薄鋼板，而必須經(jīng)過若

干次軋制和加溫再結(jié)晶的重復(fù)工序，才能制出合格的鋼板？

答：經(jīng)過塑性變形后的金屬，由于晶面之間產(chǎn)生滑動、晶粒破碎或伸長等原因，

致使金屬產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而發(fā)生硬化以阻止再產(chǎn)生滑動，這使金屬的強(qiáng)度、硬度

增加，塑性、韌性降低。硬化的金屬結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，有自發(fā)地向穩(wěn)定狀

態(tài)轉(zhuǎn)化的傾向。加熱提高溫度，原子運(yùn)動加速可促進(jìn)這種轉(zhuǎn)化以消除內(nèi)應(yīng)力。加

熱時(shí)應(yīng)力較集中的部位，能量最高，優(yōu)先形成新的晶核，進(jìn)行再結(jié)晶。經(jīng)再結(jié)晶

的金屬硬度和強(qiáng)度降低，塑性和韌性提高，使金屬恢復(fù)到變形前的性能。鋼錠經(jīng)

過鍛煉軋制，將粗晶粒的結(jié)構(gòu)破碎成小晶粒，同時(shí)使原來晶界間的微隙彌合，成

為致密的結(jié)構(gòu)，從而大大提高了其機(jī)械性能。

3.簡述儲氫合金的儲氫原理。

答：在一定溫度和壓力下，許多金屬、合金或金屬間化合物與氫能生成金屬氫化

物。反應(yīng)過程一般是在吸收少量的氫時(shí)，金屬、合金或金屬間化合物的結(jié)構(gòu)不變，

當(dāng)氫含量提高到一定量時(shí)氫與金屬、合金或金屬間化合物化合生成金屬氫化物,

如果氫壓高，可以形成過飽和氫化物。金屬、合金或金屬間化合物與氫的反應(yīng)是

可逆過程，改變溫度和壓力條件可以使金屬氫化物釋放出氫。儲氫材料表面由于

氧化膜及吸附其他氣體分子，初次使用一般幾乎無吸氫能力，或者需經(jīng)歷較長時(shí)

間。通常要進(jìn)行活化處理，其工藝是在高真空中加熱到300°C后，通以高純氫，

如此反復(fù)數(shù)次破壞表面氧化膜并被凈化，而獲得良好的反應(yīng)活性。

4.簡述形狀記憶合金的特征。

答：材料在某一溫度下受外力而變形，當(dāng)外力去除后，仍保持其變形后的形狀,

但當(dāng)溫度上升到某數(shù)值時(shí)，材料會自動回復(fù)到變形前原有的形狀，似乎對以前的

形狀仍保持著記憶。

第六章無機(jī)非金屬材料

一.填空題

1.典型的無機(jī)非金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)有AX型晶體、AX?型晶體、A2X3型晶體、

ABO,型晶體、ABO型晶體、金剛石和石墨的晶體、硅酸鹽晶體等類型。

2.P2OS>Si。?、TiO2,AI2O3、FezOs這幾種金屬氧化物中,酸性最強(qiáng)的是幽,堿

性最強(qiáng)的是Fe&。

3.陶瓷材料按化學(xué)成分分為氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶

.等幾種。

4.普通陶瓷是用黏土（AlM/SiO/JW）、長石（K”L（）3二6SiO”Na”]?。；二

6Si0j、石英（Si。?）等原料燒制而成。

5.在硅酸鹽水泥中有四種礦物質(zhì)，即硅酸三鈣（3CaO二SiO”簡寫為CsS）、硅

酸二鈣（2CaO;SiOg,簡寫為GS）、鋁酸三鈣（3CaO：ALO3,簡寫為C3A）、

鐵鋁酸四鈣（MaCLAlOle。，簡寫為以AF）。

6.水泥凝結(jié)硬化分為三個(gè)階段，分別是溶解期、膠化期、硬化期（結(jié)晶期）。

—,簡答題

1.無機(jī)靠金屬材料的結(jié)合鍵包括幾類？由它們組成的材料性能有何區(qū)別？

答：1）無機(jī)非金屬材料的結(jié)合鍵包括共價(jià)鍵和離子鍵兩類；

2）鍵的比例對性能具有決定性作用，由于二者具有相對高的能量，其混合

鍵的鍵能也比較大，一般為100-500kj/mol（金屬為60-250叮/皿01）,從而給

無機(jī)非金屬材料帶來熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大、透明度高、導(dǎo)電性低的性質(zhì)特點(diǎn)。

2.試畫出NaCl晶體結(jié)構(gòu)原子空間分布圖。

3.試描述無機(jī)非金屬材料的各種性能。

答：1）熱力學(xué)性能：與金屬材料和高分子材料相比，耐高溫是陶瓷材料的優(yōu)異

特性之一；

2）力學(xué)性能：與金屬材料相比，無機(jī)非金屬材料由于化學(xué)鍵多為離子鍵和共價(jià)

鍵，鍵能高且鍵具有明顯的方向性，所以晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其彈性、硬度、塑性、

強(qiáng)度、斷裂和沖擊性能等與金屬材料差異較大；

3）電學(xué)性能：金屬能導(dǎo)電，主要是其具有核外自由運(yùn)動的自由電子，而無機(jī)非

金屬材料一般都不具有自由電子，所以導(dǎo)電性較差，那意味著此類材料多為良好

的絕緣體；

4）磁學(xué)性能：無機(jī)非金屬材料具有強(qiáng)磁性、高電阻和低松弛損失等特性，將其

用于電子技術(shù)中的高頻器件比用磁性金屬優(yōu)越；

5）光學(xué)性能：無機(jī)非金屬材料光學(xué)性能具有多樣性和復(fù)雜性，主要包括對光的

折射、反射、吸收、散射和透射，以及受激輻射光放大的特性等多方面；

6）化學(xué)性能：無機(jī)非金屬材料多由氧化物組成，隨著其鍵合力的增加而酸性越

強(qiáng)，堿性越弱。

4.陶瓷材料都包括哪些陶瓷？其性能、應(yīng)用有何區(qū)別？

答：1）氧化物陶瓷：種類繁多，在陶瓷家族中占有非常重要的地位，最常用的

氧化物陶瓷有AI3O2、Si02>Zr02>MgO、Ce02,CaO2,Cr203>莫來石（Al3O2.SiO2）

和尖晶石（MgAbOD等，陶瓷中的ALO?和SiO?相當(dāng)于金屬材料中的鋼鐵和鋁合

金一樣受到廣泛應(yīng)用：

2）碳化物陶瓷：一般具有比氧化物更高的熔點(diǎn)，最常用的是SiC、WC、B“C、TiC

等，碳化物陶瓷在制備過程中需要?dú)夥毡Ｗo(hù)；

3）氮化物陶瓷：應(yīng)用最廣泛的是SisN”其具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和耐高溫性

能，另外，TiN、BN、A1N等氮化物陶瓷的應(yīng)用也日趨廣泛；

4）硼化物陶瓷：應(yīng)用并不廣泛，主要是作為添加劑或第二相加入其它陶瓷基體

中，以達(dá)到改善性能的目的。

5.水泥水化硬化過程如何？

答：水泥的水化硬化過程：

3CaO-SiO2+/?H2O-?2CaO-SiO2（n-1）H20+Ca（0H）2

2Ca0-Si02+mH20T2CaO-SiOrZT?H20

3CaO-ALO3+6H20t3CaO-Al203.6H20

4CaO-AlO-Fe：。+7H20—?3Ca0-Al203-6H20+CaO-Fe304-H20

6.功能陶瓷都包括哪些陶瓷？分別描述其性能特點(diǎn)。

答：1）半導(dǎo)體陶瓷：其為導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類陶瓷，種類繁

多。當(dāng)溫度、濕度、電場、光等其中一個(gè)條件發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)電性會產(chǎn)生變化,

相應(yīng)的稱為熱敏、濕敏、磁敏、光敏等半導(dǎo)體類陶瓷。主要用于自動控制的傳感

器，某些也可利用電阻特性作為高溫發(fā)熱元件或?qū)щ娫?/p>

2）壓電陶瓷：在石英、鈦酸鋼、倍鈦酸鉛（PZT）及倍鈦酸鉛鐲（PLZT）等物質(zhì)

的兩界面上加一定的電壓，將產(chǎn)生一定的機(jī)械變形，如電壓為交變電壓，這些物

質(zhì)則相應(yīng)產(chǎn)生交變振動，且這種過程具有可逆性，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。利用

正、逆壓電效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)換，如常見的燃?xì)饧皻怏w打火機(jī)點(diǎn)

火器、音樂卡及手機(jī)中的電聲喇叭、醫(yī)療及工業(yè)用的超聲檢測儀探頭及其他換能

器等電器元件都有壓電陶瓷的應(yīng)用；

3）磁性陶瓷：在磁場中能被強(qiáng)烈磁化的陶瓷稱為磁性陶瓷。其中鐵酸鹽的磁性

陶瓷稱為鐵氧體。軟磁材料是那些易于反復(fù)磁化的材料，其磁導(dǎo)率高，但磁矯頑

抗力小，電動機(jī)、變壓器的硅鋼片都是典型的軟磁材料。軟磁鐵氧體包括Mn-Zn、

Fe-Si、Fe-Ni、Ni-Zn系鐵氧體，主要用于感應(yīng)鐵心、電視機(jī)顯像管偏轉(zhuǎn)線圈及

行輸出變壓器。

硬磁材料與軟磁材料正好相反，在磁場中難以被磁化，并在撤去磁場后仍

保持高的剩余磁化強(qiáng)度。主要包括鋼和鍬的鐵氧體和稀土磁體，其中稀土鈦-鐵-

硼磁體為目前最強(qiáng)磁性的永磁材料，用于制造器件可大大降低重量和尺寸，這對

于航空航天工業(yè)具有重要的意義。其已廣泛用于揚(yáng)聲器、永磁發(fā)電機(jī)和電動機(jī),

及各種磁性儀器儀表。

4）生物陶瓷：生物陶瓷在人體內(nèi)化學(xué)穩(wěn)定性好，組織相容性好，無各種排異現(xiàn)

象，其抗壓強(qiáng)度高，易于高溫消毒，是牙齒、骨骼、關(guān)節(jié)等硬組織良好的置換修

復(fù)材料，但脆性大、成形加工較難是其主要缺點(diǎn)。

第七章高分子材料

一、填空題

1.常把生成高分子化合物的小分子原料稱為里隹，將存在于聚合物分子中重復(fù)

出現(xiàn)的原子團(tuán)稱為結(jié)構(gòu)單元,高聚物中結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目稱為聚合度。

2.PP、PB、PS、PVC分別為聚丙烯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯的縮寫。

3.高分子的結(jié)構(gòu)指單個(gè)高分子鏈的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，包括近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。前

者屬于化學(xué)結(jié)構(gòu)，又稱一級結(jié)構(gòu),包括高分子鏈中原子的種類和排列、取代基和

端基的種類、結(jié)構(gòu)單元的排列順序等后者指分子的尺寸、形態(tài)，鏈的柔順性以及

分子在環(huán)境中的構(gòu)想，又稱二級結(jié)構(gòu)。

4.自由基型聚合反應(yīng)主要包括鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止等基元反應(yīng)。

5.陰離子聚合機(jī)理的特點(diǎn)是快引發(fā),慢增長,無終止。

6.酚醛塑料由酚醛樹脂外加添加劑構(gòu)成,是世界上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的塑料；

產(chǎn)量最大的合成橡膠是丁苯橡膠。聚丙烯月青纖維蓬松柔軟、輕盈、保暖性好，性

能極似羊毛，固有“人造羊毛”之稱。

7.實(shí)際應(yīng)用的橡膠種類已達(dá)20余種但基本上分為但基本上分為天然橡膠和合成

橡膠兩大類

8.按照功能或用途所屬的科學(xué)領(lǐng)域，可將功能高分子分為化學(xué)、物理和生命功能

高分子材料三大類

二、名詞解釋

1.蠕變

蠕變是在應(yīng)力保持恒定的情況下，應(yīng)變隨時(shí)間的延長而增加的現(xiàn)象

2.應(yīng)力松弛

應(yīng)力松弛是在應(yīng)變保持恒定的情況下，應(yīng)力隨時(shí)間延長而逐漸衰減的現(xiàn)象

3.熱塑性塑料

指在特定溫度范圍內(nèi)具有可反復(fù)加熱軟化、冷卻硬化特性的塑料品種

三、簡答題

1.舉例昆明塑料的分類

塑料有不同的分類方法，具體如下：

(1)按加工條件下的流變性能分為：

①熱塑性塑料：如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。

②熱固性塑料：如聚氨酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。

(2)若按使用性能分類：

①通用塑料：如聚氯乙烯、聚乙烯等。

②工程塑料：如聚酰胺(尼龍)、聚甲醛、聚碳酸酯等。

③特種塑料具有某些特殊性能的塑料，如耐高溫、耐腐蝕等。

2.舉例說明纖維的種類及其應(yīng)用

纖維分為天然纖維與化學(xué)纖維兩大類，而化學(xué)纖維又分為人造纖維和合成纖維兩

種。

合成纖維強(qiáng)度高、耐磨、保暖，不會發(fā)生霉?fàn)€，大量用于工業(yè)生產(chǎn)以及各種服裝

等，其中聚酯纖維、尼龍、聚丙烯庸纖維被稱為三大合成纖維，產(chǎn)量最大。

應(yīng)用：聚酯纖維用于電絕緣材料，運(yùn)輸帶，帳篷，簾子線

尼龍用于輪胎，簾子布，漁網(wǎng)，帆布等

聚丙烯睛纖維用于窗布,帳篷，船帆，碳纖維，原材料

3.簡述連鎖聚合和逐步聚合的特點(diǎn)

連鎖聚合特征：

a.聚合過程一般由鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止三個(gè)基元反應(yīng)組成，各個(gè)基元反應(yīng)

的反應(yīng)速率和活化能差別很大；

b.打開一個(gè)雙鍵的口鍵需要供給264KJ/mol能量，形成兩個(gè)。單鍵放出

348KJ/mol能量，因而是放熱反應(yīng)；

c.瞬間生成高分子，一旦活性中心生成，在極短的時(shí)間內(nèi)，許多單體加成上去，

生成高分子量的聚合物；

d.延長反應(yīng)時(shí)間只能提高單體轉(zhuǎn)化率，不能增加聚合物的分子量；

e.單體只能與活性中心反應(yīng)生成新的活性中心，單體之間不能反應(yīng)，反應(yīng)體系始

終是由單體、聚合產(chǎn)物和微量引發(fā)劑及含活性中心的增長鏈所組成；

逐步聚合特征：

(1)聚合反應(yīng)是通過單體功能基之間的反應(yīng)逐步進(jìn)行的；

(2)每步反應(yīng)的機(jī)理相同，因而反應(yīng)速率和活化能大致相同；

(3)反應(yīng)體系始終由單體和分子量遞增的一系列中間產(chǎn)物組成，單體以及任何

中間產(chǎn)物兩分子間都能發(fā)生反應(yīng)；

(4)聚合產(chǎn)物的分子量是逐步增大的。

第八章復(fù)合材料

一、填空題

1.按基體材料不同，復(fù)合材料可分為聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、無

機(jī)非金屬基復(fù)合材料等。

2.按增強(qiáng)形態(tài)不同，復(fù)合材料可分為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、

板狀增強(qiáng)體、編織復(fù)合材料。

3.復(fù)合材料的命名以相為基礎(chǔ)，方法是將增強(qiáng)相或分散相放在前，基體相放在

后。再綴以“復(fù)合材料”。如有硼纖維和環(huán)氧樹脂構(gòu)成的復(fù)合材料稱為硼纖維環(huán)

氧樹脂復(fù)合材料。

4.碳/碳復(fù)合材料是由碳纖維增強(qiáng)體與碳基體組成的復(fù)合材料，簡稱碳基復(fù)合

材料。

5.豆氧相婚是聚合物基復(fù)合材料中最為重要的基體材料。以雙酚A與環(huán)氧氯丙

烷縮合而得的雙酚A環(huán)氧為主,其分子量可以從幾百至數(shù)千，常溫下為黏稠液狀

或脆性固體。

二、名詞解釋

1.復(fù)合材料

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性能、形態(tài)的組分通過復(fù)合工藝而形成的多相

材料

2.增強(qiáng)相

在復(fù)合材料中，凡是能提高基體材料性能的物質(zhì)，均稱為增強(qiáng)相

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