材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)第二版考試必備寶典.doc

第1章緒論1材料科學(xué)與工程的四個(gè)基本要素 解：制備與加工、組成與結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用、材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 2金屬無(wú)機(jī)非金屬材料高分子材料的基本特性 解：金屬材料的基本特性：a.金屬鍵；b.常溫下固體，熔點(diǎn)較高；c.金屬不透明，具有光澤；d.純金屬范性大、展性、延性大；e.強(qiáng)度較高；f.導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性好；g.多數(shù)金屬在空氣中易氧化。 無(wú)機(jī)非金屬材料的基本性能：a.離子鍵、共價(jià)鍵及其混合鍵；b.硬而脆；c.熔點(diǎn)高、耐高溫，抗氧化；d.導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性差；e.耐化學(xué)腐蝕性好；f.耐磨損；g.成型方式：粉末制坯、燒結(jié)成型。 高分子材料的基本特性：a.共價(jià)鍵，部分范德華鍵；b.分子量大，無(wú)明顯熔點(diǎn)，有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和粘流溫度（Tf）；c.力學(xué)狀態(tài)有三態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)；d.質(zhì)量輕，比重小；e.絕緣性好；f.優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性；g.成型方法較多。第2章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 1 在多電子的原子中，核外電子的排布應(yīng)遵循哪些原則？ 解：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特規(guī)則2電離能及其影響電離能的因素 解：電離能：從孤立原子中，去除束縛最弱的電子所需外加的能量。 影響因素：同一周期，核電荷增大，原子半徑減小,電離能增大；同一族，原子半徑增大，電離能減小；電子構(gòu)型的影響，惰性氣體；非金屬；過渡金屬；堿金屬； 3混合鍵合實(shí)例 解：石墨：同一層碳原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，層與層之間以范德華力結(jié)合； 高分子：同一條鏈原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，鏈與鏈之間以范德華力結(jié)合。4.將離子鍵，共價(jià)鍵，金屬鍵按有無(wú)方向性進(jìn)行分類，簡(jiǎn)單說(shuō)明理由有方向性：共價(jià)鍵無(wú)方向性：離子鍵，金屬鍵 金屬鍵： 正離子排列成有序晶格，每個(gè)原子盡可能同更多的原子相結(jié) 合， 形成低能量的密堆結(jié)構(gòu)，正離子之間相對(duì)位置的改變不破壞電子與正離子間的結(jié)合力，無(wú)飽和性又無(wú)方向性。共價(jià)鍵：共用電子云最大重疊，有方向性離子鍵：正負(fù)離子相間排列，構(gòu)成三維晶體結(jié)構(gòu)，無(wú)方向性和飽和性5.簡(jiǎn)述離子鍵，共價(jià)鍵，金屬鍵的區(qū)別6.為什么共價(jià)鍵材料密度通常要小于離子鍵或金屬鍵材料金屬密度高的兩個(gè)原因： 第一，金屬有較高的相對(duì)原子質(zhì)量。 第二，金屬鍵沒有方向性，原子趨于密集排列。7. 影響原子(離子)間距的因素：（1）溫度升高, 原子間距越大, 熱膨脹性；（2）離子價(jià) 負(fù)離子的半徑 > 其原子半徑 > 正離子的半徑（3）鍵能增強(qiáng)，原子距離縮短，鍵長(zhǎng)減少（ C-C 單, 雙, 叁鍵 ）；（4）相鄰原子的數(shù)目 (配位數(shù))配位數(shù)增加，相鄰原子的電子斥力越大, 原子間距增大。相鄰原子的數(shù)目越多，原子間距（結(jié)合原子或離子有效半徑）越大。8.原子的電子排布式按照能級(jí)寫出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的電子排布。 解：N:1s22s22p3 O:1s22s22p4 Si:1s22s22p63s23p 2 Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 Cu:1s22s22p63s23p63d104s1 Br:1s22s22p63s23p63d104s24p59比較金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復(fù)合材料在結(jié)合鍵上的差別。解：金屬材料：簡(jiǎn)單金屬（指元素周期表上主族元素）的結(jié)合鍵完全為金屬鍵，過渡族金屬的結(jié)合鍵為金屬鍵和共價(jià)鍵的混合，但以金屬鍵為主。陶瓷材料：陶瓷材料是一種或多種金屬同一種非金屬（通常為氧）相結(jié)合的化合物，其主要結(jié)合方式為離子鍵，也有一定成分的共價(jià)鍵。高分子材料：高分子材料中，大分子內(nèi)的原子之間結(jié)合方式為共價(jià)鍵，而大分子與大分子之間的結(jié)合方式為分子鍵和氫鍵。復(fù)合材料：復(fù)合材料是由二種或者二種以上的材料組合而成的物質(zhì)，因而其結(jié)合鍵非常復(fù)雜，不能一概而論。10 比較鍵能大小，簡(jiǎn)述各種結(jié)合鍵的主要特點(diǎn)，簡(jiǎn)述結(jié)合鍵類型及鍵能大小對(duì)材料的熔點(diǎn) 密度導(dǎo)電性導(dǎo)熱性彈性模量和塑性有何影響。 解：鍵能大?。夯瘜W(xué)鍵能 > 物理鍵能 共價(jià)鍵 離子鍵 >金屬鍵 >氫鍵 >范德華力 共價(jià)鍵中： 叁鍵鍵能 >雙鍵鍵能 >單鍵鍵能 結(jié)合鍵的主要特點(diǎn)： 金屬鍵，由金屬正離子和自由電子，靠庫(kù)侖引力結(jié)合，電子的共有化，無(wú)飽和性，無(wú)方向性； 離子鍵以離子為結(jié)合單元，無(wú)飽和性，無(wú)方向性； 共價(jià)鍵共用電子對(duì)，有飽和性和方向性； 范德華力，原子或分子間偶極作用，無(wú)方向性，無(wú)飽和性； 氫鍵，分子間作用力，氫橋，有方向性和飽和性。 結(jié)合鍵類型及鍵能大小對(duì)材料的熔點(diǎn)密度彈性模量和塑性的影響： 結(jié)合鍵的鍵能大小決定材料的熔點(diǎn)高低，其中純共價(jià)鍵的金剛石有最高的熔點(diǎn)，金屬的熔點(diǎn)相對(duì)較低，這是陶瓷材料比金屬具有更高熱穩(wěn)定性的根本原因。金屬中過渡金屬具有較高的熔點(diǎn)，這可能是由于這些金屬的內(nèi)殼層電子沒有充滿，是結(jié)合鍵中有一定比例的共價(jià)鍵。具有二次鍵結(jié)合的材料如聚合物等，熔點(diǎn)偏低。密度與結(jié)合鍵類型有關(guān)，金屬密度最高，陶瓷材料次之，高分子材料密度最低。金屬的高密度有兩個(gè)原因：一個(gè)是由于金屬原子有較高的相對(duì)原子質(zhì)量，另一個(gè)原因是因?yàn)榻饘冁I的結(jié)合方式?jīng)]有方向性，所以金屬原子中趨向于密集排列，金屬經(jīng)常得到簡(jiǎn)單的原子密排結(jié)構(gòu)。離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)的情況，原子排列不可能非常致密，所以陶瓷材料的密度比較低。高分子中由于是通過二次鍵結(jié)合，分子之間堆垛不緊密，加上組成的原子質(zhì)量比較小，所以其密度最低。彈性模量是表征材料在發(fā)生彈性變形時(shí)所需要施加力的大小。結(jié)合鍵的鍵能是影響彈性模量的主要因素，鍵能越大，則彈性模量越大。陶瓷250600GPa，金屬70350GPa，高分子0.73.5GPa。塑性是一種在某種給定載荷下，材料產(chǎn)生永久變形的材料特性。材料的塑性也與結(jié)合鍵類型有關(guān)，金屬鍵結(jié)合的材料具有良好的塑性，而離子鍵、共價(jià)鍵的材料的塑性變形困難，所以陶瓷材料的塑性很差，高分子材料具有一定的塑性。11.晶體的共同性質(zhì)1） 確定的熔點(diǎn) 溫度升高到某一值，排列方式解體，原子 成無(wú)規(guī)則堆積，呈現(xiàn)液體；2）自發(fā)形成規(guī)則多面體外形的能力；3) 穩(wěn)定性 （能量最低狀態(tài)）；4) 各向異性 （ 不同方向, 物理性能不同）；5) 均勻性 (一塊晶體各部分的宏觀性質(zhì)相同)12.名詞解釋：致密度：晶胞中原子體積的總和與晶胞體積之比。13同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，并舉例說(shuō)明。 解：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：改變溫度或壓力等條件下，固體從一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成另一種晶體結(jié)構(gòu)。 例：鐵在不同溫度下晶體結(jié)構(gòu)不同， < 906體心立方結(jié)構(gòu)，- Fe 9061401面心立方結(jié)構(gòu)， Fe 1401熔點(diǎn)（1540 ）體心立方結(jié)構(gòu)，- Fe 高壓下(150kPa) 密排六方結(jié)構(gòu)，F(xiàn)e14按鍵合類型，晶體分哪幾類？各自的鍵合類型和主要特點(diǎn)如何？ 解：按鍵合類型，晶體分為：金屬晶體、離子晶體、共價(jià)晶體和分子晶體。 金屬晶體：金屬鍵結(jié)合；失去外層電子的金屬離子與自由電子的吸引；無(wú)方向性和飽和 性；低能量密堆結(jié)構(gòu)。（大多數(shù)金屬晶體具有面心立方，體心立方和密排六方結(jié)構(gòu)，金屬晶體的原子排列比較緊密，其中面心立方和密排六方結(jié)構(gòu)的配位數(shù)和致密度最高。） 離子晶體：離子鍵結(jié)合，無(wú)方向性和飽和性；正離子周圍配位多個(gè)負(fù)離子，離子的堆積 受鄰近質(zhì)點(diǎn)異號(hào)電荷及化學(xué)量比限制；堆積形式?jīng)Q定于正負(fù)離子的電荷數(shù)和正負(fù)相對(duì)大小。（硬度高、強(qiáng)度大、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高、熱膨脹系數(shù)小、脆性大、絕緣高等特點(diǎn)。） 共價(jià)晶體：共價(jià)鍵結(jié)合，具有方向性和飽和性；配位數(shù)和方向受限制，晶體的配位數(shù)為 （8-N）。N表示原子最外層的電子數(shù)。（強(qiáng)度高、硬度高、脆性大、熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)高、揮發(fā)性低、導(dǎo)電能力較差和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)。配位數(shù)比金屬晶體和離子晶體低） 分子晶體：范德華鍵合氫鍵結(jié)合；組元為分子，僅有范德華鍵時(shí)，無(wú)方向性和飽和性， 趨于密堆，分子對(duì)稱性較低以及極性分子永久偶極相互作用，限制了堆砌方式；有氫鍵時(shí)，有方向性和飽和性。15.2-1516書中各例題17.歸納總結(jié)3種典型金屬結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)類型體心立方bcc面心立方fcc密排六方hcp點(diǎn)陣類型體心立方面心立方簡(jiǎn)單六面點(diǎn)陣常數(shù)aaa，c，c/a =1633最近原子間距d=（3/2）ad=（2/2）ad=a2/3+c2/4=a晶胞中原子數(shù)246配位數(shù)81212致密度0.680.740.7418.已知916時(shí)，-Fe（面心立方）的點(diǎn)陣常數(shù)為0.365nm，分別求（100）,（111）,（112）的晶面間距。屬于立方晶系d=a/h2+k2+l2，面心立方j(luò)、k、l不全為奇數(shù)或不全為偶數(shù)時(shí)d=a/2h2+k2+l2（100）面，d=a/2h2+k2+l22=0.1825nm（111）面，d=a/h2+k2+l2=0.2107nm（112）面，d=a/2h2+k2+l2=0.4470nm19. 2-39在溫度為912，鐵從bcc轉(zhuǎn)到fcc。此溫度時(shí)鐵的兩種結(jié)構(gòu)的原子半徑分別為0.126nm和0.129nm，（1）求其變化時(shí)的體積變化V/O。從室溫加熱到鐵1000，鐵的體積變化？ 解：（1） bcc N1=2 fcc N2=41=(N1/Na)MFe/a31，2=(N2/Na)MFe/a32 1/2= N1a32/ N2a31=0.986VO = (V1V2)/V1=1V2/ V1Vo =10.986=0.014 其變化時(shí)的體積變化為0.014。（2）912時(shí)，由bcc轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc，體積減小；912-1000，受熱膨脹，體積增大20. 計(jì)算面心立方、體心立方和密排六方晶胞的致密度21. 計(jì)算（a）面心立方金屬的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的離子致密度（離子 半徑r(Na+)=0.097,r(Cl-)=0.181）;（c）由計(jì)算結(jié)果，可以引出什么結(jié)論？（c）結(jié)論：原子大小相同時(shí)，致密度與原子的大小無(wú)關(guān)；當(dāng)有不同種類的原子出現(xiàn)時(shí)，其原子的相對(duì)大小必然影響致密度。22有序合金的原子排列有何特點(diǎn)? 這種排列和結(jié)合鍵有什么關(guān)系？ 解：特點(diǎn)：各組元質(zhì)點(diǎn)分別按照各自的布拉菲點(diǎn)陣排列，稱為分點(diǎn)陣，整個(gè)固溶體由各組元的分點(diǎn)陣組成的復(fù)雜點(diǎn)陣，稱為超點(diǎn)陣或超結(jié)構(gòu)。23 2-5724.如何根據(jù)固溶體密度判斷固溶體類型c<e間隙式固溶體c=e置換式固溶體c<e缺位式固溶體25.舉例說(shuō)明非化學(xué)計(jì)量化合物判斷其正負(fù)離子空缺情況組分偏移化學(xué)式的化合物即為非化學(xué)計(jì)量化合物如FeO中Fe2+氧化成Fe3+則形成陽(yáng)離子空位26.書上各例題27.鋁為面心立方晶體，摩爾質(zhì)量為26.97原子半徑為0.143nm，求鋁的密度？c=N*M/Na*V28晶體缺陷的分類。 肖脫基缺陷(Schottky Defect) 弗侖克爾缺陷 (Frenkel Defect)： 點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性質(zhì)的影響 解：肖脫基缺陷：有空位，無(wú)間隙原子，原子逃逸到晶體外表面或內(nèi)界面（晶界）。 弗侖克爾缺陷：同時(shí)形成等量的空位和間隙原子，空位和間隙原子對(duì)其數(shù)量遠(yuǎn)少于肖脫基（空位）缺陷。 點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性質(zhì)的影響： 點(diǎn)缺陷存在和空位運(yùn)動(dòng)，造成小區(qū)域的晶格畸變。 1）使材料電阻增加定向流動(dòng)的電子在點(diǎn)缺陷處受到非平衡力，使電子在傳導(dǎo)中的散射增加； 2）加快原子的擴(kuò)散遷移空位的遷移伴隨原子的反向運(yùn)動(dòng)； 3）使材料體積增加，密度下降 4）比熱容增大附加空位生成焓 5）改變材料力學(xué)性能間隙原子和異類原子的存在，增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力,使強(qiáng)度提高，塑性下降。 29柏氏矢量的物理意義。 解：表示晶體形成位錯(cuò)的滑移方向和大小。 30.體積（晶格）擴(kuò)散的微觀機(jī)制類型 解：體積擴(kuò)散是金屬原子從一個(gè)平衡位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)平衡位置。包括3種微觀擴(kuò)散機(jī)制：空位機(jī)制，其中一個(gè)原子與相鄰空位交換位置。 間隙機(jī)制，自間隙原子將一個(gè)相鄰原子調(diào)換到間隙位置上。 直接交換機(jī)制，相鄰原子成對(duì)的互相交換位置31.比較下列各因素對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響，并簡(jiǎn)要說(shuō)明原因。 1溫度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響 2金屬鍵晶體的擴(kuò)散系數(shù)與共價(jià)鍵晶體或離子鍵晶體的擴(kuò)散系數(shù) 3體積擴(kuò)散系數(shù)（晶格或點(diǎn)陣）與短路擴(kuò)散系數(shù)（沿位錯(cuò)、晶界、表面） 4間隙固溶體的擴(kuò)散系數(shù)與置換型固溶體的擴(kuò)散系數(shù)。 5鐵的自擴(kuò)散系數(shù)(Fe ) 與( Fe ) 解：1.溫度越高，擴(kuò)散系數(shù)越大；間隙機(jī)制和空位機(jī)制都遵循熱激活規(guī)律，溫度提高，超過能壘幾率越大，同時(shí)晶體的平衡空位濃度也越高，擴(kuò)散系數(shù)提高。 2.原子的遷移要擠開通路上的原子，引起局部點(diǎn)陣畸變，部分破壞原子結(jié)合鍵才能通過。鍵能越強(qiáng)，原子間的結(jié)合鍵力越強(qiáng)，激活能越大，擴(kuò)散系數(shù)越小。 共價(jià)鍵晶體和離子鍵晶體的擴(kuò)散系數(shù)<金屬鍵晶體的擴(kuò)散系數(shù)。 3.晶體結(jié)構(gòu)反映了原子在空間的排列情況，原子排列越緊密，原子間的結(jié)合力越強(qiáng)，擴(kuò)散激活能越高，而擴(kuò)散系數(shù)越??；處于晶體表面、晶界和位錯(cuò)處的原子位能總高于正常晶格上的原子，他們擴(kuò)散所需的活化能也較小，相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)較大。D表面>D晶界>D沿位錯(cuò)>D晶內(nèi) 4.間隙型固溶體比置換型固溶體容易擴(kuò)散。因?yàn)殚g隙擴(kuò)散機(jī)制的擴(kuò)散激活能小于置換型擴(kuò)散。間隙型固溶體中間隙原子已位于間隙，而置換型固溶體中溶質(zhì)原子通過空位機(jī)制擴(kuò)散時(shí)，需要首先形成空位，因而激活能高。 5.(Fe )屬于體心結(jié)構(gòu)，( Fe )屬于面心結(jié)構(gòu)，面心結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣比體心結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣緊密，鐵在面心立方點(diǎn)陣中的自擴(kuò)散系數(shù)D-Fe與在體心立方點(diǎn)陣的D-(Fe)相比， 在912時(shí)，D-(Fe)280D-Fe32.書上例題33.無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)34 2-6635結(jié)構(gòu)弛豫，非晶態(tài)的晶化和熔體結(jié)晶有何異同？ 解： 結(jié)構(gòu)馳豫剛制備的不穩(wěn)定態(tài)非晶材料，常溫或加熱保溫退火，許多性質(zhì)將隨時(shí)間發(fā)生變 化，達(dá)到另一種亞穩(wěn)態(tài)。 非晶態(tài)的晶化與熔體冷凝結(jié)晶的異同點(diǎn)： 都是由亞穩(wěn)態(tài)向晶態(tài)的相變，受成核和晶體生長(zhǎng)控制。 非晶態(tài)晶化: T Tg，相變驅(qū)動(dòng)力大，成核功小，利于成核和 晶體生長(zhǎng)； 粘度大，固相內(nèi)擴(kuò)散，擴(kuò)散慢，不利于成核和 晶體生長(zhǎng)，更有利于保持非晶狀態(tài)。 熔體冷凝結(jié)晶：TgTTm，液體內(nèi)的擴(kuò)散 36分別求W(Sn)=61.9%和W(Sn)=50%時(shí)，在183轉(zhuǎn)變時(shí)，各相的相對(duì)含量? 解： W(Sn)=50% w =（ 61.950）/（61.919） 100%=27.74%，w =1w =72.26%37.固體表面結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)?解：固體表面結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是存在著不飽和鍵和范德華力。晶體不同晶面的表面能數(shù)值不同，密排面的表面能最低，故晶體力圖以密排面作為晶體的外表面；38.分析討論影響材料表面能的因素?解：表面能是增加單位面積的表面，需要做的功.擴(kuò)張表面時(shí)。要克服原有原子、分子或離子之間的相互作用。作用力弱，做功小，表面能低。1）鍵性：表面能反映質(zhì)點(diǎn)間的引力作用，強(qiáng)鍵力的金屬和無(wú)機(jī)材料表面能較高。低表面能物質(zhì)：水0.059，石蠟0.03，PE0.035，PTFE0.023，PA660.0472）溫度：溫度升高，表面能一般減小。熱運(yùn)動(dòng)削弱了質(zhì)點(diǎn)間的吸引力。3）雜質(zhì)：含少量表面能較小的組分，可富集于表面，顯著降低表面能；含少量表面能較大的組分，傾向于體內(nèi)富集，對(duì)表面能影響小39.三種潤(rùn)濕的數(shù)學(xué)表達(dá)式?解：沾濕：WA = G = Sg+ LgSL 潤(rùn)濕：Wi= G = sg - sL 鋪展：S = G = sg - Lg - sL 三種潤(rùn)濕的共同點(diǎn): 液體將氣體從固體表面排開，使原有的固/氣(或液/氣)界面消失，被固/液界面取代 三種潤(rùn)濕的規(guī)律： 沾濕粘附功Wa = A+ LgWa =Sg+ LgSL浸濕Wi = A =sg - sL 鋪展S = A Lg Sg越大，SL越小，粘附張力A越大，越有利于各種潤(rùn)濕； 沾濕：Lg大，有利沾濕； 浸濕：Lg，無(wú)影響; 鋪展：Lg小，有利鋪展。 改變潤(rùn)濕性主要取決于Sg，Lg，SL的相對(duì)大小，改變Sg較難，實(shí)際上更多的是考慮改變Lg和SL。40.潤(rùn)濕的本質(zhì)是 解：潤(rùn)濕的本質(zhì)是異相接觸后體系的表面能下降。2-2341.硅烷偶聯(lián)劑？硅烷偶聯(lián)劑是一類在分子中同時(shí)含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)的有機(jī)硅化合物，其經(jīng)典產(chǎn)物可用通式Y(jié)SiX3表示。式中，Y為非水解基團(tuán)，包括鏈烯基（主要為乙烯基），以及末端帶有Cl、NH2、SH、環(huán)氧、N3、（甲基）丙烯酰氧基、異氰酸酯基等官能團(tuán)的烴基，即碳官能基；X為可水解基團(tuán)，包括Cl,OMe, OEt, OC2H4OCH3, OSiMe3, 及OAc等。由于這一特殊結(jié)構(gòu)，在其分子中同時(shí)具有能和無(wú)機(jī)質(zhì)材料（如玻璃、硅砂、金屬等）化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)及與有機(jī)質(zhì)材料（合成樹脂等）化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)，可以用于表面處理第三章思考題1 高分子材料組成和結(jié)構(gòu)的基本特征 解：平均分子量大和存在分子量分布；高分子鏈具有多種形態(tài)；分子鏈間以范氏力為主，部分化學(xué)鍵；分子內(nèi)為共價(jià)鍵；組成與結(jié)構(gòu)的多層次性2比較分子鏈的近程結(jié)構(gòu)對(duì)高分子鏈柔順性的影響解：主鏈結(jié)構(gòu)。極性小的碳鏈高分子，分子內(nèi)相互作用不大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘小，柔性較大。主鏈中含非共軛雙鍵，相鄰單鍵的非鍵合原子（帶*原子）間距增大,使最鄰接雙鍵的單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)較容易，柔順性好。主鏈中含共軛雙鍵，因電子云重疊，沒有軸對(duì)稱性，電子云在最大程度交疊時(shí)能量最低，而內(nèi)旋轉(zhuǎn)會(huì)使鍵的電子云變形和破裂，不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，剛性鏈分子。主鏈含不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)的芳環(huán)、芳雜環(huán)時(shí)，可提高分子鏈的剛性。取代基。側(cè)基極性越大，極性基團(tuán)數(shù)目越多，相互作用越強(qiáng)，單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)越困難，分子鏈柔順性越差。氫鍵和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的影響。高分子的分子內(nèi)或分子間形成氫鍵，氫鍵影響比極性更顯著，增加分子鏈的剛性。3.相容劑及其增容作用添加相容劑是改善高分子分散相與基體之間相容性，穩(wěn)定熔融分散混合效果的有效方法。相容劑通常為兩相高分子的共聚物。相容劑共聚物的鏈段會(huì)與共混體系中相應(yīng)的均聚物部分相互作用，從而降低表面張力，增強(qiáng)分散相與基體的粘附。這一過程稱為“增容作用” 4.內(nèi)聚能密度對(duì)高聚物結(jié)構(gòu)和性能的影響內(nèi)聚能密度: 單位體積的內(nèi)聚能（CED）CED < 290（J/cm3）,分子間力小，分子鏈柔順，非極性高聚物，用作橡膠；CED290400（J/cm3 ） 分子間力適中，分子鏈剛性大，用作塑料；CED > 400（J/cm3） ，多含強(qiáng)極性基團(tuán)和氫鍵，分子間作用力大，有較高結(jié)晶性和強(qiáng)度，用作纖維。5.聚合物制備方法，主要結(jié)構(gòu)類型加成聚合和縮聚主要結(jié)構(gòu)：無(wú)規(guī) ABBAABAB Random n < 102 交替 ABABAB Alternating嵌段 AAAAAAAABBBBBBB Block 均聚鏈段 n = 1023接枝 AAAAAAAAAAAA Graft 主鏈和支鏈 6.與小分子相比，高分子有何特點(diǎn) 平均分子量大和存在分子量分布 高分子鏈具有多種形態(tài) 組成與結(jié)構(gòu)的多層次性7.高分子按結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成可分為碳鏈高分子，雜鏈高分子，元素有機(jī)高分子，無(wú)機(jī)高分子，8.聚乙烯可分為低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，線性低密度聚乙烯，超高分子質(zhì)量聚乙烯，改性聚乙烯9.與低分子晶體比較，聚合物晶體的特點(diǎn)。 解：特點(diǎn)：鏈段排入晶胞，分子鏈軸常與一根結(jié)晶主軸平行；半晶結(jié)構(gòu)（結(jié)晶不完全）；熔程范圍較寬，結(jié)晶速度慢；晶體形態(tài)多樣。10.名詞解釋：熱塑性聚合物：指具有加熱后軟化、冷卻時(shí)固化、可再度軟化等特性的塑料熱固性聚合物：一般先形成預(yù)聚物，成型時(shí)，經(jīng)加熱使其中潛在的官能團(tuán)繼續(xù)反應(yīng)成交聯(lián)結(jié)構(gòu)而固化。這種轉(zhuǎn)變時(shí)不可逆的，只能成型一次，再加熱時(shí)不能熔融塑化，也不溶于溶劑，一般是體型聚合物，如酚醛樹脂、硫化橡膠等。鐵碳合金1.高溫萊氏體：奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物稱高溫萊氏體2.鐵素體 F (Ferrite): C溶于-Fe中的間隙固溶體，bcc，(室溫) 0.006 C% 0.0218%（727），硬度和強(qiáng)度低，塑性韌性好。3.奧氏體 A (Austenite) C溶于-Fe中的間隙固溶體，fcc， (727) 0.77% C% 2.11%（1148），塑性和可鍛性好，無(wú)磁性。4.滲碳體 Fe3C (cementite) 鐵和碳的間隙化合物，熔點(diǎn)高1600。 C含量6.67%；正交晶系，塑性差，脆性大。5. 珠光體 P (Pearlite) 鐵素體和滲碳體的共析混合物；6.馬氏體 Martensite 鋼和鐵從高溫奧氏體急冷（淬火強(qiáng)化），化學(xué)成分不變， 晶格重構(gòu), fcc變?yōu)閎cc，碳在a-Fe中的過飽和固溶體。硬度和強(qiáng)度很高。7.黃銅：黃銅是由銅和鋅所組成的合金8.青銅：純銅（紅銅）中加入錫或鉛的合金2. 根據(jù)鐵碳相圖，說(shuō)明各點(diǎn)（A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、N、P、S和Q）的含義。3碳對(duì)鐵碳合金機(jī)械性能有何影響鐵素體軟而韌，鐵碳合金的塑性主要由鐵素體提供；滲碳體硬而脆。鐵素體和滲碳體形成片狀珠光體，使鐵碳合金的強(qiáng)度和硬度提高。合金中珠光體的數(shù)量越多，合金的強(qiáng)度和硬度越高。w(C) 0.77，全部為珠光體，合金強(qiáng)度和硬度較高，兼有塑性和韌性。合金組織中出現(xiàn)以滲碳體為基體的萊氏體時(shí)，鐵碳合金的塑性和韌性大大降低，強(qiáng)度也降低。白口鑄鐵脆性很大，使用價(jià)值不大。w(C) >1.0, 沿珠光體邊界形成網(wǎng)狀Fe3C，降低了晶界的斷裂強(qiáng)度，使合金脆性大大增加。碳鋼，一般要求 w(C) <1.04 . 鋼和鑄鐵在成分組織性能上的主要區(qū)別是什么 鋼: 碳含量 < 2.11%（重量）的鐵-碳合金。碳鋼 和合金鋼1 碳鋼1） 按碳含量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）分類：低碳鋼 C0.25中碳鋼 0.25< C 0.6 45號(hào)鋼的概念高碳鋼 C0.6含碳量越高，碳鋼硬度和強(qiáng)度越大，但塑(韌)性降低。2） 按鋼中雜質(zhì)的質(zhì)量含量分類（雜質(zhì)硫、磷含量）：普通碳素鋼 S 0.055，P 0.045優(yōu)質(zhì)碳素鋼 S 0.040，P 0.040高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼 S 0.030，P 0.0353）按用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼：橋梁、船舶、建筑構(gòu)件、機(jī)器零件等。碳素工具鋼：刀具、模具、量具等。合金鋼: 碳鋼中加入一種或多種合金元素，形成的鋼。1）按含合金元素的總含量分類： 低合金鋼（合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù) 5） 中合金鋼（合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù) = 510） 高合金鋼（合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù) 10）。2）按主要合金元素種類分： 鉻鋼 不銹鋼 鉻鎳鋼 錳鋼 硅錳鋼等。 鑄鐵含碳量 2.11的鐵-碳合金。 鑄鐵成分范圍：C:2.54.0%, Si:1.0 3.0%，Mn:0.5 1.4%, S:0.02 0.20%，P:0.01 0.50%。 為改善性能，也加入 Cr、Mo、V、Cu、Al等； 與鋼相比，鑄鐵含碳和硅量較大，含雜質(zhì)元素較多。 鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。 廣泛用在機(jī)械制造、冶金、礦上、石油化工、 交通等領(lǐng)域。 按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算，鑄鐵件在 農(nóng)業(yè)機(jī)械中占 40 60； 汽車拖拉機(jī)中占 50 70； 機(jī)床制造中占 60 90。 灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵等。 鑄鐵中，碳可以石墨G形式存在，與鐵構(gòu)成Fe G平衡狀態(tài)5。Fe-Fe3C相圖 6.分析w(C) 0.77、w(C)1.2、w(C)4.3、w(C)4.5的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻到室溫的轉(zhuǎn)變過程，用組織示意圖說(shuō)明各階段的組織變化。7. 計(jì)算w(C) = 0.77%和w(C) = 0.40%的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻到室溫下的組織成物和相組織物含量. 8鐵碳合金中碳的存在形式?；诣T鐵,白口鑄鐵，麻口鑄鐵的碳的存在形式有何不同。 解：鐵碳合金中，碳的存在形式：與鐵間隙固溶；溶入鐵的晶格，形成間隙固溶體。化合態(tài)的滲碳體；亞穩(wěn)態(tài)，在一定條件下分解為鐵和石墨;游離態(tài)的石墨G :穩(wěn)定態(tài)，可從鑄鐵熔液中析出，也可從奧氏體中析出。 白口鑄鐵（碳以滲碳體形式存在，斷口為白亮色） 灰口鑄鐵（碳以游離石墨形式存在，斷口為暗灰色） 麻口鑄鐵（同時(shí)含有石墨和滲碳體，斷口灰白相間） 9灰鑄鐵的組織特點(diǎn)，影響灰鑄鐵性能的因素。 解：灰口鑄鐵：基體組織和石墨兩部分組成 基體（鐵素體、鐵素體-珠光體、珠光體）石墨 影響因素：石墨對(duì)鑄鐵機(jī)械性能的影響 石墨：松軟而脆弱的固態(tài)物質(zhì)，抗拉強(qiáng)度<20MPa，延伸率趨近于零； 石墨存在基體中，尤如一種裂紋或孔洞，分割削弱基體，破壞基體組織連續(xù)性；還會(huì)引起應(yīng)力在該處集中，構(gòu)成裂紋源。因而，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都比鋼鐵低得多。 基體相同的情況下，石墨形狀由片狀 (普通灰鑄鐵)變?yōu)榧?xì)片狀 (孕育灰鑄鐵)和球狀 (球墨鑄鐵)時(shí)，其對(duì)基體的削弱作用以及應(yīng)力集中的程度將依次減弱，表現(xiàn)出抗拉強(qiáng)度依次升高。 基體對(duì)鑄鐵機(jī)械性能的影響 基體中鐵素體的數(shù)量增多，塑性、韌性提高；珠光體數(shù)量增加，塑性、韌性降低，但強(qiáng)度、硬度有所增高。10.灰口鑄鐵的組織按其基體的不同，可分為哪三種?；铱阼T鐵的組織可看成是； 解：鐵素體灰口鑄鐵、鐵素體-珠光體灰口鑄鐵、珠光體灰口鑄鐵。 灰口鑄鐵的組織可看成是鋼加上片狀石墨11. 灰口鑄鐵和球墨鑄鐵在組織和性能上有何區(qū)別。 解：灰口鑄鐵的組織特點(diǎn)是在基體上分布著片狀石墨。 球墨鑄鐵的組織特點(diǎn)是基體加球狀石墨 性能：球化越完整，球狀石墨尺寸越細(xì)小，可減少應(yīng)力集中，力學(xué)性能越優(yōu)越；疲勞強(qiáng)度與中碳鋼相似，耐磨性好，制造重要和形狀復(fù)雜機(jī)械零件，如曲軸、連桿、渦輪、齒輪、水壓機(jī)缸套等。11.P184 3.1 3.5 3.7無(wú)機(jī)非金屬材料1硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)和類型。解：硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)中Si4+間沒有直接的鍵，而是通過O2連結(jié)；(2)以硅氧四面體為結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；(3)每一個(gè)O2只能連接2個(gè)硅氧四面體；(4)硅氧四面體間只能共頂連接，不能共面連接。硅酸鹽晶體的主要結(jié)構(gòu)類型：島狀結(jié)構(gòu)；組群狀（環(huán)狀）結(jié)構(gòu)；鏈狀結(jié)構(gòu)；層狀結(jié)構(gòu)；架狀結(jié)構(gòu)。2玻璃的定義及其通性，玻璃中的氧化物分為哪三類。解：定義：將原料加熱熔融（熔體），快冷卻（過冷卻）形成，室溫下保持熔體結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)，固體非晶態(tài)(無(wú)定形)物質(zhì)。通性：各向同性；熱力學(xué)介穩(wěn)性；狀態(tài)轉(zhuǎn)化的漸變性。玻璃中的氧化物分為：網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物；網(wǎng)絡(luò)外體氧化物；中間體氧化物。3.非晶態(tài)材料的分類與特征？ 特征：高強(qiáng)度，高韌性，抗腐蝕性，軟磁特征，超導(dǎo)電性，光學(xué)性質(zhì)（光吸收，光電導(dǎo)，光致發(fā)射）光照下產(chǎn)生非平衡載流子，引起材料電導(dǎo)率變化的光學(xué)現(xiàn)象。4.書上各例題5高嶺石Al4Si4O10(OH)8(Al2O32SiO22H2O)的結(jié)構(gòu)。 解：三斜晶系，單網(wǎng)層結(jié)構(gòu)：硅氧四面體層+ 八面體層 下層為硅氧四面體層，硅氧四面體中的活性氧向上；上層為八面體層（由 1個(gè)Al3+，2個(gè)O2 , 4個(gè)OH 組成）， 每一個(gè)活性氧同時(shí)連接1個(gè)硅氧四面體和2個(gè)AlO2(OH)4八面體，層與層間為氫鍵結(jié)合，結(jié)合力較弱，層間易解理成片狀，但OH-O之間仍有一定的吸引力，所以單網(wǎng)層之間水分子不易進(jìn)去，不因水含量增加而膨脹。6.從顯微結(jié)構(gòu)看，陶瓷材料主要有哪些相構(gòu)成？各構(gòu)成相的主要作用和對(duì)陶瓷性能的影響是什么？為什么外界溫度的急劇變化可以使許多陶瓷器件開裂或破碎? 解：晶相、,玻璃相、氣相和晶界 晶粒是陶瓷最主要的組成相，晶相的性質(zhì)是影響陶瓷性能的主要因素；燒成冷卻過程中，晶界處產(chǎn)生熱應(yīng)力，出現(xiàn)微裂紋，降低陶瓷強(qiáng)度。 玻璃相的作用，粘結(jié)分散的晶粒，抑止晶粒長(zhǎng)大；填充晶粒間的空隙，填充氣孔，提高致密度，降低燒結(jié)溫度。氣相會(huì)降低陶瓷強(qiáng)度，造成裂紋。保留一定的氣相，陶瓷的比重小，絕熱性好。 因?yàn)榇蠖鄶?shù)陶瓷主要由晶相和玻璃相組成，這兩種相的熱膨脹系數(shù)相差較大，由高溫很快冷卻時(shí)，每種相的收縮不同，所造成的內(nèi)應(yīng)力足以使陶瓷器件開裂或破碎。7陶瓷材料中主要結(jié)合鍵是什么?從結(jié)合鍵的角度解釋陶瓷材料所具有的特殊性能? 解：陶瓷材料中主要的結(jié)合鍵是離子鍵及共價(jià)鍵； 由于離子鍵及共價(jià)鍵鍵能很強(qiáng)，故陶瓷的抗壓強(qiáng)度很高，硬度極高；因?yàn)樵右噪x子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，外層電子處于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，不能自由運(yùn)動(dòng)，陶瓷材料的熔點(diǎn)很高，抗氧化性好，耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性高。8分析滑石Mg 3 Si4O10(OH)2的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系 解：復(fù)網(wǎng)層結(jié)構(gòu)硅氧四面體層+ 八面體層+ 硅氧四面體層 上下層均為硅氧四面體層，上層活性氧全向下，下層活性氧全向上，中間夾一鎂氫氧層(由 1個(gè)Mg2+，4個(gè)O2 , 2個(gè)OH 組成八面體）。每一個(gè)活性氧同時(shí)連接1個(gè)SiO4四面體和3 個(gè)MgO4(OH)2八面體，每一層O2 電價(jià)飽和。層與層間結(jié)合為范德華鍵，層間鍵合弱，易沿層面解理。9分析鈣鈦礦CaTiO3晶體的結(jié)構(gòu) 解：立方晶系 Ca2+ ，在立方體頂角配位數(shù)為12（O2-）； O2- ，在面心配位數(shù)為6 （4 Ca2+ +2 Ti4+）； Ti4+ ，在體心配位數(shù)為6 （O2-）； TiO68-八面體 通過頂角共用氧，形成三維網(wǎng)絡(luò)；10炭黑按用途分為哪兩大類 解：色素用炭黑（顏料）、橡膠用炭黑（補(bǔ)強(qiáng)等）