材料概論思考題

什么是材料？如何進(jìn)行分類？答：材料是人類社會(huì)所能接受的，可經(jīng)濟(jì)地用于制造生活和生產(chǎn)中使用的物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器和其他產(chǎn)品的物質(zhì)。是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。按凝聚狀態(tài)分：氣態(tài)材料、液態(tài)材料和固態(tài)材料，其中固態(tài)材料按存在狀態(tài)分為單晶材料、多晶材料和非晶材料。按用途和使用領(lǐng)域分：建筑工程材料、機(jī)械工程材料、核材料、信息材料、電子材料、能源材料、生物材料、包裝材料、電工電器材料、醫(yī)用材料等。從科學(xué)意義和實(shí)用意義綜合考慮按工程材料的化學(xué)組成、結(jié)合鍵的特點(diǎn)分為金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料。什么是材料科學(xué)？材料科學(xué)與工程的四要素是什么？答：（1）材料科學(xué)指研究各種材料的組成、結(jié)構(gòu)制備加工工藝與性能之間關(guān)系的科學(xué)。（2）指材料的組成與結(jié)構(gòu)、合成與生產(chǎn)過程、性質(zhì)、使用效能。材料性能的定義是什么？答：指材料對(duì)外部刺激的反應(yīng)或抵抗。什么是材料的組織組成？什么是材料的結(jié)構(gòu)？答：（1）材料的組織指人用肉眼觀察到的或借助放大鏡、顯微鏡觀察到的相的形態(tài)、分布的圖像。而材料的組織組成就是指所看到的組織的構(gòu)成方式。（2）指材料的組元及其排列方式和運(yùn)動(dòng)方式，包含形貌、化學(xué)成分、相組成、晶體結(jié)構(gòu)和缺陷等內(nèi)涵?！安牧显O(shè)計(jì)”構(gòu)想始于50年代，80年代后實(shí)現(xiàn)“材料設(shè)計(jì)”的條件漸趨成熟。表現(xiàn)在哪三個(gè)方面？答：（1）、固體物理、量子化學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)與計(jì)算預(yù)報(bào)新材料的組分結(jié)構(gòu)與性能大發(fā)展為材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。（2）、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的速度、容量和易操作性空前提高，使數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析簡(jiǎn)化。（3）、 科學(xué)測(cè)試儀器的進(jìn)步提高了測(cè)量水平，提供了豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及合成加工性技術(shù)的涌現(xiàn)為理論設(shè)計(jì)提供了條件。何謂粉末燒結(jié)？影響燒結(jié)的因素有哪些?答：（1）粉末燒結(jié)指金屬粉末或粉末壓坯，在加熱到低于主要成分熔點(diǎn)的溫度，由于顆粒之間發(fā)生粘結(jié)等物理化學(xué)作用，得到所要求的強(qiáng)度和特性的材料或制品的工藝過程。（2）影響燒結(jié)的因素有：粉末的粒度，外加劑的作用，燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間，鹽類的選擇及其煅燒時(shí)條件的影響，氣氛的影響，成型壓力的影響。簡(jiǎn)述合成纖維的優(yōu)缺點(diǎn)。答：優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、彈性好、耐穿耐用、光澤好、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐霉腐、耐蟲蛀。缺點(diǎn)：吸濕性差、耐熱性差、導(dǎo)電性差、防污性差、易起毛起球簡(jiǎn)述材料設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容？答：材料設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有目標(biāo)性能設(shè)計(jì)、材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原料工藝流程設(shè)計(jì)。首先制定性能預(yù)期，根據(jù)所要達(dá)到的性能要求分析所需要的材料結(jié)構(gòu)，再根據(jù)所需制得的材料結(jié)構(gòu)選取合適的原材料和加工合成工藝。設(shè)計(jì)完畢后進(jìn)行制備，根據(jù)最后檢測(cè)結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)方案。何為復(fù)合材料？簡(jiǎn)述復(fù)合的目的。答：（1）指以人工方式將兩種或多種性質(zhì)不同但又可性能互補(bǔ)的材料復(fù)合起來(lái)做成的新材料。（2）目的：1、獲得新組成的新形態(tài)的材料；2、獲單一組分不具備的性質(zhì)和功能，獲得復(fù)合效應(yīng)；3、獲得某種特定性能或效益。簡(jiǎn)述材料性質(zhì)與性能的關(guān)系和區(qū)別。答：材料的性質(zhì)和性能都是基于材料本身固有的屬性的描述，但兩者的注重角度不同，性質(zhì)是從材料本身角度出發(fā)不以人的意志為轉(zhuǎn)移，而性能是從其應(yīng)用角度出發(fā)，從使用者的角度對(duì)材料的性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述金屬材料加工的主要范疇。答：傳統(tǒng)意義上金屬材料的加工范疇有以下四個(gè)方面：1、材料的切削：車、銑、刨、磨、切、鉆。2、材料的成型：鑄造、拉、拔、擠、壓、鍛造。3、材料的改性：合金化、熱處理。4、材料的連接：焊接、粘接。碳鋼有哪些主要分類方法？分別可以分為那幾類？答：見課本P17-18石墨的存在對(duì)鑄鐵有著什么樣的作用？簡(jiǎn)述其原因。答：（1）好處：由于石墨的潤(rùn)滑作用是鑄鐵有較好的機(jī)械加工性能如：良好的鑄造性能、耐磨性、減震性、極低的缺口敏感性。（2）壞處：由于石墨在鑄鐵中相當(dāng)于空穴和裂紋，容易造成應(yīng)力集中，石墨的量越多鑄鐵的抗拉強(qiáng)度越低。簡(jiǎn)述鎂合金的主要優(yōu)缺點(diǎn)。答：優(yōu)點(diǎn)：由于鎂是所有工程材料中最輕的金屬，是鎂合金具有相對(duì)較高的比強(qiáng)度和比剛度。缺點(diǎn)：抗腐蝕性能和塑性變形能力差。陶瓷材料是如何分類的？舉例說明陶瓷材料的結(jié)合鍵主要有哪兩種，各有什么特點(diǎn)？答：一、陶瓷按原材料使用范圍和用途分為普通陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷）和特種陶瓷（現(xiàn)代陶瓷），前者又包括日用陶瓷和普通工業(yè)陶瓷（建筑陶瓷、電氣絕緣陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、化工陶瓷）后者包括結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。二、按燒結(jié)程度和吸水率及晶粒大小又可分為陶器、炻器和瓷器。陶瓷材料結(jié)合鍵主要為離子鍵和共價(jià)鍵。離子鍵無(wú)方向性有飽和性配位數(shù)高強(qiáng)度高。形成的離子晶體強(qiáng)度高硬度高熔點(diǎn)高脆性大無(wú)延展性，熱膨脹系數(shù)小。共價(jià)鍵有方向性和飽和性，配位數(shù)低強(qiáng)度高。形成的共價(jià)晶體強(qiáng)度硬度熔點(diǎn)高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定脆性大無(wú)延展性，熱膨脹系數(shù)小。陶瓷材料主要有哪些相組成，各有什么作用？答：陶瓷材料相組成主要有三種：1、晶體相，陶瓷的主要成分，數(shù)量大對(duì)性能的影響也大，它的結(jié)構(gòu)數(shù)量和形態(tài)分布決定了陶瓷的主要特點(diǎn)和應(yīng)用。2、玻璃相，作用（1）將晶相顆粒粘接起來(lái)填充晶相之間的空隙，提高材料的致密度。（2）降低燒成溫度，加速燒結(jié)過程（3）阻止晶體轉(zhuǎn)向抑制晶粒長(zhǎng)大（4）獲得一定程度的玻璃特性如透光性。3、氣相，出多孔陶瓷外氣孔都是不利的，會(huì)降低陶瓷的強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能，也是造成裂紋的根源。簡(jiǎn)述陶瓷材料的力學(xué)性能特點(diǎn)，什么是功能陶瓷？答：（1）硬度高，維氏硬度1000-1500Hv（2）剛度大，彈性模量大。（3）強(qiáng)度高，由于離子鍵共價(jià)鍵結(jié)合力大，其理論強(qiáng)度很高，但由于組織不均勻內(nèi)部雜質(zhì)和各種缺陷造成實(shí)際強(qiáng)度偏低。（4）塑性和韌性低，是陶瓷最大的缺點(diǎn)。功能陶瓷指具有電、光、磁及部分化學(xué)功能的多晶無(wú)機(jī)固體材料，其功能的實(shí)現(xiàn)主要取決于各種性能。什么是水泥，水泥的主要種類有哪些？硅酸鹽水泥的主要礦物組成？答：（1）凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化并能將沙石等散粒或纖維牢固膠結(jié)在一起的水硬性凝膠材料。（2）按化學(xué)成分分有硅酸鹽水泥，鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥，氟鋁酸鹽水泥；按用途分有通用水泥，專用水泥，特種水泥（3）硅酸三鈣(3CaO?SiO2)、硅酸二鈣(2CaO?SiO2)鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3)、鐵鋁酸四鈣（4CaO?Al2O3?Fe2O3）與小分子相比高分子有什么特點(diǎn)？答：分子量大，高彈性，高粘度，結(jié)晶度低，分子鏈中原子間、鏈節(jié)間為共價(jià)鍵結(jié)合有復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)，聚集狀態(tài)無(wú)氣相。高分子有哪三種力學(xué)狀態(tài)？各有什么特點(diǎn)？簡(jiǎn)述塑料的主要特點(diǎn)。答：（1）高分子有玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三種力學(xué)狀態(tài)，玻璃態(tài)：鏈段運(yùn)動(dòng)處于凍結(jié)狀態(tài)，模量高形變小，具有胡克彈性行為質(zhì)硬而脆。高彈態(tài)：鏈段運(yùn)動(dòng)已充分發(fā)展，在較小應(yīng)力下即可迅速發(fā)生很大變形，除去應(yīng)力后，形變可迅速恢復(fù)。粘流態(tài)：由于鏈段的劇烈運(yùn)動(dòng)，整個(gè)大分子鏈的重心發(fā)生先對(duì)位移，產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)位移粘流態(tài)。（2）塑料特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)：輕質(zhì)高強(qiáng)，加工性好，導(dǎo)熱系數(shù)小，絕熱性好，裝飾性優(yōu)異多功能，經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)：耐熱性差，易燃易老化，熱膨脹性大，高度小。什么是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，有何特點(diǎn)?答：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高聚物高彈態(tài)和玻璃態(tài)之間的轉(zhuǎn)變的溫度。從分子運(yùn)動(dòng)角度看玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是大分子鏈段開始運(yùn)動(dòng)的溫度。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高聚物無(wú)定形部分從凍結(jié)狀態(tài)到解凍狀態(tài)的一種松弛現(xiàn)象，轉(zhuǎn)變時(shí)無(wú)相變熱。簡(jiǎn)述復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)。答：（1）低成本復(fù)合材料；（2）高性能復(fù)合材料，指高強(qiáng)度、高模量、耐高溫等特性的復(fù)合材料（3）功能性復(fù)合材料，指具有導(dǎo)電超導(dǎo)微波摩擦吸聲阻尼燒蝕等功能的復(fù)合材料（4）智能復(fù)合材料，指具有感知識(shí)別及處理能力的復(fù)合材料（5）仿生復(fù)合材料，指參考生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)規(guī)律而設(shè)計(jì)制造的復(fù)合材料（6）環(huán)保型復(fù)合材料，指從環(huán)保角度考慮要求廢棄的復(fù)合材料可以回收利用以節(jié)約資源和減少環(huán)境污染。什么是顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料？簡(jiǎn)述其增強(qiáng)機(jī)