航空发动机耐热材料的发展趋势
姓名：赵雷
学号：130141138
学院：航空工程学院
【摘要】随着航空事业的发展，目前各种发动机需要的是更加轻便、清洁的耐热材料。本文简要介绍了航空发动机与耐高温材料发展的密切关系，就高温材料的发展趋势作出了具体的阐述。指出了高推重比航空发动机用高温结构材料是今后的研究目标和发展方向。
【关键词】航空发动机；高温材料；陶瓷基复合材料；C/C复合材料；金属间化合物
我国航空发动机用材料是随着航空发动机研制和生产的需要发
展起来的，上世纪50年代中期至70年代，主要按苏联标准和实物
水平仿制发动机材料产品，以满足当时以国产材料替代进口材料制
造航空发动机的需要。70年代中后期以来，我国又引进了英、法和美国航空发动机，结合国内情况，编制出一批具有英美标准体系特
点的我国航空发动机材料标准。随着我国航空发动机从仿制到自行
研制四十多年的发展，发动机材料标准也从照搬苏联标准到逐步建
立一个具有我国特色的航空发动机材料标准体系，为航空发动机的
研制、生产发挥了重要的技术支持和保障作用。
目前的航空耐高温材料都围绕着解决高速飞行而进行巨大的研
究工作，由于高速飞行的发展，无论是飞行器表面还是内部动力装
置都带来了高温问题，因此对于材料的耐高温性能有更高的要求。
高温材料的定义：在550°C以上温度条件下能承受一定应力并具有抗氧化和抗热腐蚀能力的材料，适用于制造航空发动机和火箭
发动机的重要承力结构件。高温材料包括高温合金、弥散强化合金、难熔合金、金属纤维增强高温复合材料和陶瓷材料等。高温合金又
称超合金，使用温度范围为550～1100°C。
高温合金是指以铁、镍、钻为基能在600℃以上高温抗氧化或抗腐蚀，并能在一定应力作用下长期工作的一类金属材料，因其合金
化程度很高。在英、美等国称之为超合金。在先进的航空发动机中。高温合金占发动机材料总量的40%─60%。因此，从某种意义上来说，没有高温合金就没有先进的航空工业。但随着发动机涡轮进口温度的不断提高，高温合金由于熔点的限制，最高使用温度已经不
能满足需要。从长远看，必须寻找能耐更高温度的材料代替高温合金，以满足发展更高效率航空发动机的需要。
在当前进行的新型高温材料研究中，陶瓷基复合材料、C/C复合材料、金属间化合物是最为引人注目的几种材料。
一、陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料通俗地说就是以陶瓷材料为基体，通过各种强韧化途径，提高陶瓷材料的强度和韧性。连续纤维增韧是目前陶瓷基
复合材料增韧补强效果最好的途径，正是它使得陶瓷基复合材料成
为新型耐高温、低密度热结构材料，正是它使得陶瓷基复合材料在
航空航天领域开辟出广阔的应用前景。
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材
料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷
具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，
而其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。
二、C/C复合材料
C/C复合材料是指以炭纤维或其织物为增强相，以化学气相渗透的热解炭或液相浸渍－炭化的树脂炭、沥青炭为基体组成的一种纯炭多相结构。它源于1958年，美国C h a n c e－Vo u g h t公司由于实验室事故，在炭纤维树脂基复合材料固化时超过温度，树脂炭化形成
C/C复合材料。
C/C复合材料是一种新型高性能结构、功能复合材料，具有高强度、高模量、高断裂韧性、高导热、隔热优异和低密度等优异特性，在机械、电子、化工、冶金和核能等领域中得到广泛应用，并且在航天、航空和国防领域中的关键部件上大量应用。我国对C/C 复合材料的研究和开发主要集中在航天、航空等高技术领域，较少涉足民用高性能、低成本C/C复合材料的研究。目前整体研究还停留在对材料宏观性能的追求上，对材料组织结构和性能可控性、可调性等基础研究还相当薄弱，难以满足国民经济发展对高性能C/C 复合材料的需求。因此，开展高性能C/C复合材料的基础研究具有重大的科学意义和社会、经济效益。
导弹、载人飞船、航天飞机等,在再入环境时飞行器头部受到强激波，对头部产生很大的压力，其最苛刻部位温度可达2760℃,所以必须选择能够承受再入环境苛刻条件的材料。设计合理的鼻锥外形和选材，能使实际流入飞行器的能量仅为整个热量1%～10%左右。对导弹的端头帽,也要求防热材料在再入环境中烧蚀量低，且烧蚀均匀对称,同时希望它具有吸波能力、抗核爆辐射性能和全天候使用的性能。三维编织的C/C复合材料，其石墨化后的热导性足以满足弹头再入时由160℃至气动加热至1700℃时的热冲击要求，可以预防弹头鼻锥的热应力过大引起的整体破坏;其低密度可提高
导弹弹头射程，已在很多战略导弹弹头上得到应用。除了导弹的再入鼻锥，C/C复合材料还可作热防护材料用于航天飞机。
三、金属间化合物
金属间化合物是指由两个或更多的金属组元或类金属组元按比例组成的具有金属基本特性和不同于其组元的长程有序晶体结构的化合物。金属间化合物具有金属的基本特性，如金属光泽、金属导电性及导热性等。金属间化合物的晶体结构不同于其组元，为有序的
超点阵结构。组元原子各占据点阵的固定阵点，最大程度地形成异
类原子之间的结合。
金属间化合物以其低密度、高强度以及良好的耐热性能，近年来成为高温结构材料研究中十分活跃的领域。金属间化合物兼备了陶
瓷材料和金属材料的双重特性，有可能成为取代镍基高温合金在高
温和腐蚀性环境中应用的新型结构材料。金属间化合物比陶瓷具有
更多的优势，其中金属间化合物具有较好的热传导性，因而作为高
温结构材料使用时，其冷却效率较高而热应力较小，这是与其它新
型材料进行成本竞争的一个重要条件。
但是，由于晶体结构中存在共价键，金属间化合物也存在脆性，这大大限制了它的实际应用。早在20世纪50年代，各国的材料工
作者已经对金属间化合物进行了详细的研究，但终因其所共有的脆
性问题迟迟未能解决而使研究工作一度陷于停滞。直到70年代后期，发现添加硼等可改善其塑性，又重新引起人们的兴趣。
无论是陶瓷基复合材料、C /C复合材料、金属间化合物，在1200─1600℃高温条件下使用, 均未达到与镍基高温合金相抗衡的地步。到目前为止, 新材料在航空发动机上的应用仍然非常有限, 这除了材料性能有待于进一步提高外, 其制造成本也是一个不容忽视的方面。由于高温合金良好的综合性能, 在研制与服役中较长期的经验积累, 今后在相当长的时间内高温合金仍将在发动机高温材料中占有一席之地。对传统材料的研究开发, 仍应予以足够重视, 以最大限度地挖掘传统材料的潜力。因此在相当长的一段时间内, 高温合金仍将是航空发动机高温部件的主要材料。航空发动机的发展对高温材料的要求越来越高, 并且其性能的提高, 在很大程度上是依赖新材料的推动, 研究和开发新的高温材料始终是航空发动机赖以发展的基础之一。因此加强新型高温材料的开发, 加快研制高性能陶瓷基复合材料、C /C 复合材料等的步伐作为未来航空发动机高温部件的材料势在必行。
参考文献：
韩雅芳，郑运荣，航空发动机用高温材料的应用与发展［Ｊ］．世界科技研究与发展。
徐强，张幸红，韩杰才，等，先进高温材料的研究现状和展望［Ｊ］．固体火箭技术。
唐耿林《航空科学技术》航空发动机制造技术与发展趋势。
一、填空题： 1.材料性质的表述包括力学性能、物理性质和化学性质。 2.化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。 3.材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。 4.材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、制备/加工和结构/成分。 5.按组成和结构分，材料分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料。 6.高分子材料分子量很大，是由许多相同的结构单元组成，并以共价键的形式重复连接而成。 7.复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。 8.聚合物分子运动具有多重性和明显的松弛特性。 9.功能复合材料是指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料。如有 光，电，热，磁，阻尼，声，摩擦等功能。 10.材料的物理性质表述为光学性质、磁学性质、电学性质和热学性质。 11.由于高分子是链状结构，所以把简单重复（结构）单元称为链节，简单重复（结构）单元的个数称为聚 合度。 12.对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示 为增强体与基体的互补。（ppt-复合材料，15页） 13.影响储氢材料吸氢能力的因素有：（1）活化处理；（2）耐久性（抗中毒性能）； （3）抗粉末化性能；（4）导热性能；（5）滞后现象。 14.典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。 15.功能复合效应是组元材料之间的协同作用与交互作用表现出的复合效应。复合效应表现线性效应和非线性效 应，其中线性效应包括加和效应、平均效应、相补效应和相抵效应。 16.新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。 17.功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。功能高 分子材料的制备主要有以下三种基本类型： ①功能小分子固定在骨架材料上； ②大分子材料的功能化； ③已有功能高分子材料的功能扩展； 18.材料的化学性质主要表现为催化性能和抗腐蚀性。 19.1977年，美国化学家MacDiarmid，物理学家Heeger和日本化学家Shirakawa首次发现掺杂碘的聚乙炔具有金 属的导电特性，并因此获得2000年诺贝尔化学奖。 20.陶瓷材料的韧性和塑性较低，这是陶瓷材料的最大弱点。 第二部分名词解释
东北大学继续教育学院 材料科学导论复习题 一、选择填空，在给出的a、b、c、d选项中选择一或多个你认为最合适的答案， 使得题目中给出描述完整准确。 1、材料的性质是在元器件或设备实现预期的使用性能而得到利用的。即材料的使用性能取决于（ b ）。 a 材料的组成 b 材料的基本性能 c 材料的结构 d 材料的合成与加工工艺 2、钢铁、有色金属、玻璃、陶瓷、高分子材料等的原材料多数来自（ d ）、为矿物资源，形成于亿万年之前，是不可再生的资源。因此，在材料生产中必须节省资源、节约能源、回收再生。 a 工业 b 农业 c 材料加工行业 d 采掘工业 3、高分子材料、金属材料和无机非金属材料，不论其形状大小如何，其宏观性能都是由（ b ）。 a 它的化学成分所决定的 b其化学组成和组织结构决定的。 c 其加工工艺过程所决定的 d其使用环境所决定的 4、如果使用温度是室温，就可以优先考虑高分子材料，因为在相同密度的材料中它们是 b、d 的。 a 最容易得到 b最便宜 c 最常见 d 加工最方便 5、根据其性能及用途的不同，可将陶瓷材料分为（ a、c ）和两大类。 a 结构材料用陶瓷 b特种陶瓷 c功能陶瓷 d 传统陶瓷 6、金属材料与无机非金属材料成型加工时由于工艺条件的不同也会造成制品性能的差异。因此，材料的（ a、d ）的总和决定了制品性能。 a 内在性能 b成型加工 c附加性能 d 成型加工所赋予的附加性能 7、材料的化学性能是指材料抵抗各种介质作用的能力。它包括溶蚀性、耐腐蚀性、抗渗
入性、抗氧化性等，可归结为材料的（ c ）。 a 有效性 b 实用性 c 稳定性 d 可用性 8、切削物体或对物体进行塑性变形加工的工具材料可分为高碳钢、高速钢、超硬质合金、金刚石等材料,其中可列入超硬质材料范畴的是（ c、d ）。 a高碳钢 b高速钢 c超硬质合金 d金刚石 9、纳米材料通常定义为材料的显微结构中，包括（ a、b、c、d ）等特征尺度都处于纳米尺寸水平的材料，通常由直径为纳米数量级的粒子压缩而成。 a 颗粒直径 b 晶粒大小 c 晶界 d 厚度 10、天然矿物原料一般杂质较多，价格较低；而人工合成原料（ a、b ）。此外，对环境的影响也是选用原材料时必须考虑的因素之一。 a 纯度较高 b价格也较高 c难以得到 d 以上所有 11、电化学腐蚀必须要有一个阴极与一个阳极。在纯金属中（ a ）或（ b ）可以构成阴极。 a 晶界 b 晶粒 c 环境的介质 d 更小的不均匀物种 12、腐蚀一旦发生，材料或制品就会（ d ）；所以腐蚀是材料设计和选择时不得不考虑的重要因素。 a大受影响 b性能显著下降 c服务寿命缩短 d 以上所有 13、晶体的宏观形貌可以是（ d ）。 a一维的 b 二维的 c 三维的 d 上述所有 14、范德华键是永远存在于分子间或分子内非键结合的力，是一种（ a ）。
第二篇 材料的物性 8.理解物性的基本概念 1.波粒二象性：波粒二象性（wave-particle duality ）指的是所有的基本粒子或量子不仅可以部分地以粒子的术语来描述，也可以部分地用波的术语来描述。 2.常规情况下，有两类决定材料物性的主导因素： 一类是原子系统，通常作为经典粒子处理，反映了位置序或粒子序(性)的效应；另一类是电子系统，通常表现出明显的量子力学特征，反映了动量序或德布罗意波序(性)的效应。 3.经典电导理论和量子力学理论的区别 1. 经典电导理论认为在外电场的作用下所有的自由电子都对电流有贡献；而量子力学理论认为只有费米能级附近的电子才对电流有贡献。 2. 根据量子力学理论，在理想周期性排列的晶格对能带中，电子的能量状态形成能带，能带之间是禁带，能带中的电子可以在晶格中自由运动，因此理想周期性排列的晶格对能带中电子没有散射作用，这是与经典电导理论不相同的。 4.金属自由电子理论： 金属的高导电性是由于那些处于紧靠费米能的半占有状态上的电子漂移形成(外加电压对大多数电子不产生净效应，因为它们可能跃迁到的较高能态均已被填满)。金属的功函数是从高的占有能级上取出一个电子所需的能量，在绝对零度时，即为费米能。在室温，只有很少的一些电子被激发到高于费米能，因此功函数在一个宽的温度范围内几乎是恒定的。 自由电子理论能满意地解释绝大多数金属的导电性，但不能正确解释绝缘体。 5.能带的概念： 能带理论就是认为晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，并且共有化电子是在晶体周期性的势场中运动；结果得到：共有化电子的本征态波函数是Bloch 函数形式，能量是由准连续能级构成的许多能带。 固体的导电性能由其能带结构决定。对一价金属，价带是未满带，故能导电。对二价金属，价带是满带，但禁带宽度为零，价带与较高的空带相交叠，满带中的电子能占据空带，因而也能导电，绝缘体和半导体的能带结构相似，价带为满带，价带与空带间存在禁带。半导体的禁带宽度从0.1～4电子伏，绝缘体的禁带宽度从4～7电子伏。在任何温度下，由于热运动，满带中的电子总会有一些具有足够的能量激发到空带中，使之成为导带。由于绝缘体的禁带宽度较大，常温下从满带激发到空带的电子数微不足道，宏观上表现为导电性能差。半导体的禁带宽度较小，满带中的电子只需较小能量就能激发到空带中，宏观上表现为有较大的电导率。 根据电子能带结构，说明导体、半导体和绝缘体之间电导率差异的原因。 85u 1.导体中含有未满带，在外场作用下，未满带上的电子分布发生偏移，从而改变了原来的中心堆成的形态，占据不同状态的电子所形成的运动电流不能完全抵消，未抵消的部分就形成了电流。 2.从能带结构模型来看，在绝缘体和半导体中，能量较低的、被价电子所充满的价带与能量较高的未填充电子的导带之间，在原子平衡间距处没有交叠，即价带与导带之间被能量为Eg 的禁带所隔开。绝缘体的禁带宽度较宽而半导体的比较窄。由于绝缘体的电子能带结构特征在常温下几乎很少有电子可能被激发越过禁带，因此电导率很低。 3.半导体的能带结构与绝缘体相同，所不同的是它的禁带比较窄，电子跳过禁带不像绝缘体那样困难。如果存在外界作用（比如热、光辐射等），介带中的电子就有可能跃迁到导带中去。纯半导体的导电过程是依靠电子从充满价带激发到空的导带中实现的，价带失去电子同时形成电子空穴，因此导带中的电子浓度与价带中的空穴浓度相等，在室温下，半导体材料的导电性是由于晶体点阵中原子的振动使电子受到了激发进入导带中而引起的，这种空带中的电子导电和价带的空穴导电同时存在而引起的。 6.宏观和介观不均匀 宏观不均匀性：这类材料如不同相的混合物，也包括一部分人工复合材料。 介观不均匀性：在大于晶格常数的尺度内，晶粒生长、失衡分解和共析现象常造成这类静态的不均匀性，多晶陶瓷、玻璃陶瓷等复合材料常具有结构不均匀性，这类不均匀性也常被称为微结构、超微结构和纳米结构。 7.复相不均匀研究结构包括哪几方面？ 确定材料中所有存在的相，以及每相的含量和性质特征 。 确定各相的结构形貌特征，如尺寸、形状、晶粒取向和分布。 确定材料中晶界和其他结构缺陷如位错、微裂纹和包裹物的特征。 8.费米子和玻色子 费米子：粒子遵从泡利不相容原理，因而不能有2个粒子处于同一量子态Ei ，系统的波函数必然是反对称的，满足这些要求的粒 子称为费米子。（电子、质子、中子等）费米狄拉克分布： 玻色子：粒子不受泡利不相容原理的约束，因此系统对于能够处于相同量子态Ei 的粒子数目没有限制，描写粒子系统的波函数必然是对称的，满足这些要求的粒子称为玻色子。（光子）波色－爱因斯坦分布： 10.声子：能量为h ω/π的晶格震动的简正模能量量子，称为声子。
、填空题： 1.材料性质的表述包括力学性能、物理性质和化学性质。 2.化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。 3.材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。 4.材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、制备/加工和结构/成分。 5.按组成和结构分，材料分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料。 6.高分子材料分子量很大，是由许多相同的结构单元组成，并以共价键的形式重复连接而成。 7.复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。 8.聚合物分子运动具有多重性和明显的松弛特性。 9.功能复合材料是指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料。如有光， 电，热，磁，阻尼，声，摩擦等功能。 10.材料的物理性质表述为光学性质、磁学性质、电学性质和热学性质。 11.由于高分子是链状结构，所以把简单重复（结构）单元称为链节，简单重复（结构）单元的个数称为聚合 度。 12.对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示为 增强体与基体的互补。（ppt-复合材料，15 页） 13.影响储氢材料吸氢能力的因素有：（1）活化处理；（2）耐久性（抗中毒性能）； （3）抗粉末化性能；（4）导热性能；（5）滞后现象。 14.典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。 15.功能复合效应是组元材料之间的协同作用与交互作用表现出的复合效应。复合效应表现线性效应和非线性效 应，其中线性效应包括加和效应、平均效应、相补效应和相抵效应。 16.新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。 17.功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。功能高分 子材料的制备主要有以下三种基本类型： ①功能小分子固定在骨架材料上； ②大分子材料的功能化； ③已有功能高分子材料的功能扩展； 18.材料的化学性质主要表现为催化性能和抗腐蚀性。 19.1977 年，美国化学家MacDiarmid ，物理学家Heeger 和日本化学家Shirakawa 首次发现掺杂碘的聚乙炔具 有金属的导电特性，并因此获得2000 年诺贝尔化学奖。 20.陶瓷材料的韧性和塑性较低，这是陶瓷材料的最大弱点。 第二部分名词解释 1.高分子的柔顺性
材料科学导论 Introduction of Materials Science 课程代码：01110610 学分：1.5 总学时：32学时讲课学时：28学时 实验学时：4 学时课程性质：专业基础课 适用专业：材料物理、材料化学 先修课程：高等数学（上、下）、工程化学、物理化学B、工程力学B，08100011/08100021/ 08100200/ 08110422/ 08100192 开课学期：第五学期其他：学位课 一、课程性质及作用 本课程是材料物理与化学专业的专业基础课，是研究材料的化学成分、加工过程与其组织、结构变化与性能之间关系、原理及其变化规律的一门学科。本课程从材料内部的微观结构出发，研究材料微观原子键合、聚集行为，晶体结构特点，以及不完整晶体的缺陷类型及其规律特性（位错），具体到材料类领域主要的概念、结论和规律。让学生理解并掌握不同原子键合原理、特点，理解空间点阵、晶胞等晶体学基础概念，理解典型金属晶体结构及其参数，在此基础上，了解离子晶体、共价键晶体、晶态高分子的典型结构特点；主要讨论并理解基体缺陷的类型、产生、运动及其相互作用，了解其对于晶体组织和性能有关影响。为学习后续专业课程奠定坚实的理论基础。 二、本课程与其它有关课程的联系 学习本课程前，学生应先修先修高等数学（上、下）、工程化学、物理化学B、工程力学B等基础课，并安排一次认识实习、金工实习，以增加感性认识。学生通过对本课程的学习，将为学习扩散与相变，材料物理性能，材料化学等其他专业课程打下坚实的基础。 三、课程内容及课时安排 绪论(2学时) 材料在国民经济中的地位和作用； 工程材料及其分类； 材料科学的研究内容与任务； 学习本课程的目的和方法。 第一章原子结构与键合(4学时) 1、原子结构 物质的组成、原子的结构、原子的电子结构、元素周期表 2、原子间的键合 金属键、离子键、共价键、范德华力、氢键 第二章固体结构(14学时) 1、晶体学基础 晶体的特性、空间点阵和晶胞、晶体、晶系与布拉菲格子、晶面指数和晶向指数、
材料科学导论习题解答 材料科学导论作业 第一章材料科学概论 1. 氧化铝既牢固又坚硬而且耐磨，为什么不用来制造榔头？ [答] 因为Al2O3的耐震性不佳，且脆性较高，不适合做榔头的材料。 2. 将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜、氯化钠、环氧树脂、混凝土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅-锡焊料、橡胶、纸杯 [答] 金属有黄铜、铅-锡焊料、镁合金。 陶瓷有氯化钠、碳化硅。 聚合物有环氧树脂、橡胶、沥青、纸杯。 复合材料有混凝土、玻璃钢。 3. 下列用品选材时，哪些力学性能和物理性能具有特别重要性：汽车曲柄轴、电灯泡灯丝、剪刀、汽车挡风玻璃、电视机荧光屏 [答] 汽车曲柄轴的疲劳寿命最为重要。 电灯泡灯丝的熔点需高，其发光性能要强。 剪刀的刀刃的硬度要强。 汽车挡风玻璃的光的穿透性要强。 电视机荧光屏光学的颜色及其他穿透性各种光学特性极重要。 4. 什么是纳米材料？纳米材料有哪些效应？请举例说明。 [答] 通常把粒子尺寸小于0.1μm（10nm）的颗粒称为纳米材料 纳米材料有以下效应： ⑴ 小尺寸效应 ⑵ 表面效应 ⑶ 量子尺寸效应 ⑷ 宏观量子隧道效应
举例略 第二章原子结构 1. 原子序数为12的Mg有三个同位素：78.70%的Mg原子有12个中子，10.13%的Mg 原子有13个中子，11.17%的Mg原子有14个中子，计算Mg的原子量。 [答] M = 0.7870×(12+12)+0.1013×(12+13)+0.1117×(12+14) = 24.3247 g/m ol 2. 试计算原子N壳层内的最大电子数，若K、L、M和N壳层中所有的能级都被填满，试确定该原子的原子序数。 [答] N壳层内最大电子数为2×42 = 32。但考虑能级交错：N壳层内刚刚达到最大电子数时的电子排布为：1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f14，该原子的原子数 为70。 (本题目书上原解：N壳层中电子最多有2+6+10+14 = 32个，K、L、M、N壳 层中电子共有2+8+18+32 = 60个，故原子序数为60。) 3. 试计算原子O壳层内的最大电子数，并定出K、L、M、N和Q壳层中所有能级都被 填满时的原子序数。 [答] O壳层内最大电子数为2×52 = 50。但考虑能级交错：O壳层内刚刚达到最大电子数时的电子排布为： 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d105g18， 该原子的原子数为130。 (本题目书上原解：O壳层中电子最多有2+6+10+14+18 = 50个，K、L、M、 N、O壳层中电子共有2+8+18+32+50 = 110个，故原子序数为110。) 4. 试说明四种原子结合力并举例说明。 [答] 金属键：由金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。其基本特点是电子的共有化，无饱和性，无方向性。例如：Hg、Al、Fe、W。离子键：金 属原子将最外层家电子给予非金属原子成为带正电的正离子，非金属原子得到价电子后成 为带负电的负离子，正负离子依靠静电引力结合在一起。其基本特点是以离子而不是以原 子为结合单元。大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，例如：NaCl、MgO。
材料科学导论课后习题答案 第一章材料科学概论 1.氧化铝既牢固又坚硬且耐磨，但为什么不能用来制造榔头？ 答：氧化铝脆性较高，且抗震性不佳。 2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类： 黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯答：金属：黄铜、镁合金、铅锡焊料；陶瓷：碳化硅；聚合物：环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯；复合材料：混泥土、玻璃钢 3.下列用品选材时，哪些性能特别重要？ 答：汽车曲柄：强度，耐冲击韧度，耐磨性，抗疲劳强度； 电灯泡灯丝：熔点高，耐高温，电阻大； 剪刀：硬度和高耐磨性，足够的强度和冲击韧性； 汽车挡风玻璃：透光性，硬度； 电视机荧光屏：光学特性，足够的发光亮度。 第二章材料结构的基础知识 1.下列电子排列方式中，哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金
属？ (1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2 (2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (3) 1s2 2s2 2p5 (4) 1s2 2s2 2p6 3s2 (5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 (6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 答：惰性元素：(2)；卤族元素：(3)；碱族：(6)；碱土族：(4)；过渡金属：(1),(5) 2.稀土族元素电子排列的特点是什么？为什么它们处于周期表的同一空格内？ 答：稀土族元素的电子在填满6s态后，先依次填入远离外壳层的4f、5d层，在此过程中，由于电子层最外层和次外层的电子分布没有变化，这些元素具有几乎相同的化学性质，故处于周期表的同一空格内。 3.描述氢键的本质，什么情况下容易形成氢键？ 答：氢键本质上与范德华键一样，是靠分子间的偶极吸引力结合在一起。它是氢原子同时与两个电负性很强、原子半径较小的原子（或原子团）之间的结合所形成的物理键。当氢原子与一个电负性很强的原子（或原子团）X结合成分子时，氢原子的一个电子转移至该原子壳层上；分子的氢变成一个裸露的质子，对另外一个电负性较大的原子Y表现出较强的吸引力，与Y之间形成氢键。 4.为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高？
同济复试材料导论资料 22.材料表征 1、分析方法综述 SEM的优点: (一)能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm ×80mm×50mm。 (二)样品制备过程简单，不用切成薄片。 (三)样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。 (四)景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。 (五)图象的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。 (六)电子束对样品的损伤与污染程度较小。 (七) 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。 SEM的缺点： ①异常反差。由于荷电效应，二次电子发射受到不规则影响，造成图像一部分异常亮，另一部分变暗。 ②图像畸形。由于静电场作用使电子束被不规则地偏转，结果造成图像畸变或出现阶段差。 ③图像漂移。由于静电场作用使电子束不规则偏移引起图像的漂移。 ④亮点与亮线。带电样品常常发生不规则放电，结果图像中出现不规则的亮点和亮线。 TEM：由于电子的德布罗意波长非常短，透射电子显微镜的分辨率比光学显微镜高的很多，可以达到0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍。因此，使用透射电子显微镜可以用于观察样品的精细结构，甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构。透射电子显微镜在材料科学、生物学上应用较多。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，样品的密度、厚度等都会影响到最后的成像质量，必须制备更薄的超薄切片，通常为50～100nm。所以用透射电子显微镜观察时的样品需要处理得很薄。常用的方法有：超薄切片法、冷冻超薄切片法、冷冻蚀刻法、冷冻断裂法等。对于液体样品，通常是挂预处理过的铜网上进行观察。 原子力显微镜（Atomic Force Microscope ，AFM），一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。优点：AFM提供真正的三维表面图。同时，AFM不需要对样品的任何特殊处理，如镀铜或碳，这种处理对样品会造成不可逆转的伤害。第三，电子显微镜需要运行在高真空条件下，原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作。这样可以用来研究生物宏观分子，甚至活的生物组织。缺点：成像范围太小，速度慢，受探头的影响太大。 XRD：可以做定性，定量分析。即可以分析合金里面的相成分和含量,可以测定晶格参数,可以测定结构方向、含量，可以测定材料的内应力，材料晶体的大小等等。 一般主要是用来分析合金里面的相成分和含量。 热重分析：在实际的材料分析中经常与其他分析方法连用，进行综合热分析，全面准确分析材料。影响热重法测定结果的因素，大致有下列几个方面：仪器因素，实验条件和参数的选择，试样的影响因素等等。热重分析法可以研究晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象；研究物质的热稳定性、分解过程、脱水、解离、氧化、还原、成份的定量分析、添加剂与填充剂影响、水份与挥发物、反应动力学等化学现象。 质谱（MS）是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。质谱法在一次分析中可提供丰富的结构信息，将分离技术与质谱法相结合是分离科学方法中的一项突破性进展。在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。质谱仪器一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。 红外光谱对样品的适用性相当广泛，固态、液态或气态样品都能应用，无机、有机、高分子化合物都可检测。此外，红外光谱还具有测试迅速，操作方便，重复性好，灵敏度高，试样用量少，仪器结构简单等特点，因此，它已成为现代结构化学和分析化学最常用和不可缺少的工具。红外光谱在高聚物的构型、构象、力学性质的研究以及物理、天文、气象、遥感、生物、医学等领域也有广泛的应用。 2.X射线分析 ①X射线光电子能谱：由于它可以更准确地测量原子的内层电子束缚能及其化学位移，所以它不但为化学研究提供分子结构和原子价态方面的信息，还能为电子材料研究提供各种化合物的元素组成和含量、化学状态、分子结构、化学键方面的信息。它在分析电子材料时，不但可提供总体方面的化学信息，还能给出表面、微小区域和深度分布方面的信息。另外，因为入射到样品表面的X射线束是一种光子束，所以对样品的破坏性非常小。这一点对分析有机材料和高分子材料非常有利。 ②X射线荧光法：用放射性同位素作激发源，照射待测样品，使受激元素产生二次特征X射线（即荧光），使用X射线荧光仪测量并记录样品中待测元素的特征X射线照射量率，从而确定样品的成分和目标元素含量的方法。方法操作简单，速度快，可以原位测量。 ③X射线衍射分析：建立在X射线与晶体物质相遇时能发生衍射现象的基础上的一种分析方法。应用这种方法可进行物相定性分
材料科学导论（A）卷答案 一、选择填空 1、（d） 2、（a） 3、（b） 4、（c） 5、（d） 6、（a，d） 7、（d） 8、（a，b） 9、（d） 10、（b） 二、判断对错题 1、（R） 2、（R） 3、（F） 4、（F） 5、（R） 6、（R） 7、（F） 8、（F） 9、（R） 10、（R） 三、填空题 1、（立体变化的） 2、（复合化功能化智能化低维化） 3、（94），（72） 4、（材料本身的结构） 5、（3000），（200），（100） 6、（螺杆或柱塞） 7、（重金属、轻金属、贵金属和稀有金属） 8、（便于成型或组装） 9、（绝缘材料） 10、（温度） 四、简答及名词解释 1、简述包装材料及其分类。 现代包装种类很多，根据包装分类的角度不同，可形成多样化的分类方法。如按内外层次分有内包装和外包装；按包装功能分有防水包装、防潮包装、防霉包装、防辐射包装、防盔包装、防伪包装等；按流通中的作用分有工业包装、商业包装和消费包装等。这里以包装
所用材料不同来叙述材料在包装工业中的作用。 包装材料是指用于制造包装容器和包装运输、包装装潢、包装印刷等有关材料和包装辅助材料的总称。根据包装所用材料的不同，可分为纸质包装，如纸板包装、瓦楞纸包装；木质包装，如木箱包装、木桶包装；玻璃包装；陶瓷包装：金属包装；塑料包装，如塑料薄膜包装、塑料容器包装，以及复合材料包装等。 2、复合材料的结构物特征与类别 复合材料中至少包括基体相和增强相两大类。基体相起粘结、保护增强相并把外加载荷造成的应力传递到增强相上去的作用。基体相可以由金属、树脂、陶瓷等构成，在承载中，基体相承受应力作用的比例不大；增强相是主要承载相，并起着提高强度(或韧性)的作用，增强相的形态各异，有纤维状、细粒状、片状等。工程上开发应用较多的是纤维增强复合材料。 复合材料通常有如下几种分类方法。按基体材料类型可分为：树脂基、无机非金属材料基和金属基复合材料三大类；按增强体类型可分为：颗粒增强型、纤维增强型和板状复合材料三大类。 按用途可分为：结构复合材料与功能复合材料两大类。结构复合材料指以承受载荷为主要目的，作为承力结构使用的复合材料。功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、热学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。以增强纤维类型分：碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、有机纤维复合材料、复合纤维复合材料。 3、简述智能材料原理与种类 智能材料系指对环境可感知响应，并且有功能发现能力的新材料。它是在原子、分子水平上进行材料控制、在不同层次上赋予自检测(传感功能)、自判断、自结论(处理功能)和自指令、自执行(执行功能)所设计出的新材料。它是受集成电路启迪并且仿照生物体所具有的功能而设计的三维组件模式的融合型材料，使无生命的材料变得似乎有了“感知”和“知觉”。众所周知，生命实际上是蛋白质的存在形式，细胞为生体材料的基础，而细胞本身就有传感、处理和执行三种功能，故它可以作为智能材料的蓝本。从这一角度出发，智能材料也可叫仿生智能材料。 仿生智能材料主要有金属系、无机非金属系和高分子系智能材料。 4、、简述包装用塑料材料与种类 包装用塑料材料受到众多限制，目前用于包装的塑料主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA，俗称尼龙)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，俗
例题 : Cu 晶体的空位形成能Ev 为0.9ev/atom ，或 1.44×10－19 J/atom ，材料常数A 取作1，玻尔兹曼常数k ＝1.38×10 － 23 J/K ，计算：（已知Cu 的摩尔质量为MCu ＝63.54g/mol ， 500℃下Cu 的密度ρCu ＝8.96 ×106 g/m3 ) 1）在500℃下，每立方米Cu 中的空位数目。 2） 500℃下的平衡空位浓度。 解：首先确定1m3体积内Cu 原子的总数： 236 28036.023108.96108.491063.54Cu Cu N N M m ρ???===? 1）将N 代入空位平衡浓度公式，计算空位数目nv 2）1928232813.5286233 1.4410exp 8.4910exp 1.3810773 8.49108.4910 1.37101.210 /V v E n N kT e m ------?==???=??=???=?2）计算空位浓度 19 13.56231.4410exp 1.4101.3810773v V n C e N -----?====??? 即在500℃时，每106个原子中才有1.4个空位
制作半导体元件时,常在Si表面沉积一薄层硼,然后加热使之扩散.测得1100℃时硼的扩散系数DB=4×10-7m2/s , 硼的薄膜质量M为：M=9.43×1019个原子. 求:扩散时间t=7×107S后表面(x=0)硼的浓度. 解:将已知条件代入 2 Mχ C=exp(-) 4Dt πDt C0 =0.1％C （纲件原始浓度），CS ＝1％（钢件渗碳后表层C％），渗碳温度为930℃＝1.61×10－12m2/s 求：渗碳4小时以后在x＝0.2mm处的碳浓度（C）值。 解：先求误差函数β＝ Dt 2 x ＝ 14400 10 61.12 10 2 12 4 ? ? ? - - ∴β＝0.657 查误差函数表可知：erf(β)＝erf 0.657=0.647 个原子? ? ???? 19 19 -77 9.4310 C==110π410710
让学英语成为乐趣 对任何科目的学习而言，有一套科学合理的学习方法学习起来将事半功倍。 入学，班级中就成立了英语学习小组，将英语角设到班级中来，大家经常晚上到小五四广场把大家分成几个组，用英语讨论一些最近的热点问题，还把一些经典的相声用英语来进行表演。为让大家共同进步，班委们还商量在班级中开展英语学习一帮一活动——比如有些男生不喜欢学习英语，班委就安排一个学习英语好的女生与他结成帮扶对子，大家一起学习英语。下半年，他们率先在班级中成立了英语俱乐部，如今英语俱乐部已经成长为学院学生会的主要社团并为整个学院全体同学的英语学习服务。 为让大家养成好的英语学习习惯，他们在班级中坚持开展英语晨读活动，每天早上6点半，在其他同学上课之前，班级全体同学集中找一个教室进行晨读，班主任和班委同学对晨读情况进行定期检查。早读的材料都是英语俱乐部收集的疯狂英语的例句和美文，每次考试的范文和班级中同学写的好的作文也让大家去朗读和背诵。有一个同学起初不愿意早起和大家一起晨读，他担心起早了太困，班委了解后就与他谈心，辅导员有时候也叫他到办公室一起学习英语，大家都鼓励他可以先尝试一段时间与同学们一起晨读学英语，效果不好再想其他办法，经过动员，他抱着试试看的态度加入了晨读的队伍，慢慢地他发现原来每天早起一点晨读学习英语也是很有乐趣的，原来的那种怕困也逐渐转变为晨读后一天的头脑很清醒，他逐渐喜欢上了与大家在一起学习的那种氛围。 为提高大家的英语写作水平，他们在班级中坚持开展每周每人写一篇英语作文，选题来自历年英语四级考试真题。批改作文一般都是辅导员或者班主任，有时候
班主任也找水平高的研究生去帮着批，或者多找几个班级中学英语好的同学互相批改。然后班委找一个时间把修改意见反馈给大家。开始班委对大家写作文并没有硬性要求，后来尝试了几次后大家就发现了这种做法的好处，慢慢地每周写一篇作文就成了大家的自觉行为，无形中大家的水平也不断提高。材料学院的班主任都非常关心大家的英语学习，在最近学校组织的一次模拟考试中，有几个同学没有报名，考试时就没有试卷，班主任了解后就出钱给他们买了卷子。为让大家了解每个人的学习效果，班委每周都安排进行一次英语摸底考试，考试题库都是由学院英语俱乐部统一购买的全真英语试题和大家反映好的题库。辅导员和班主任每次考试也都到场，他们把大家错的题收集起来利用班会等时间给大家集中讲解。 在不断的学习过程中，班委们深刻意识到：要想通过英语四级考试，没有一定的单词量的积累是绝对不行的。背单词时考虑到有些同学自觉意识不强，为督促他们背单词，班委把班级同学分成几个学习小组，规定每周大家一起学习三个单元大约120个左右的单词量，然后组长对每个同学进行提问，加深印象。从大一开始他们就利用每次班会结束时听写英语单词，正在上研究生的辅导员熊克思也与大家一起听写，并经常组织一些四六级考试的经验交流会。为锻炼大家的听力能力，他们还凑钱买了音响和放音设备，在睡觉之前在宿舍放历年的真题听力磁带，一直放到停电，早上来了电听力马上就接着放，大家互相调侃——我们这真是在英语听力中入睡，在英语听力中起床。如今听力录音已经成了大家的作息铃声。他们努力的效果是很明显的， 浓厚的英语学习氛围的营造 好的学习方法是取得好成绩的关键，另外这与材料学院多年来狠抓学风建也有着十分重要的关系。该学院始终以英语学习作为学风建设的重点长抓不懈。经过分析，
2018-2019学年第一学期期末试卷 课程名称：材料科学导论 闭卷 B 卷 120 分钟 一、 名词解释（中文作答，每小题3分，共15分） 1. Substitutional solid solution 2. Concentration gradient 3. Plastic deformation 4. Slip system 5. Fatigue life 二、简答题（共45分） 2 . If the Mg 2+ substitutes for Ce 4+, what kind of vacancies would you expect to form? How many of the vacancies are created for every Mg 2+ added? (b) How to differentiate the edge, screw, and mixed dislocations motion? (10分)
2. (a) How to differentiate deformation mechanism of slip and twinning? (b) Describe in your own words the solid solution strengthening mechanism. Be sure to explain how dislocations are involved in the strengthening techniques? (10分) 3. (a) Why are ceramic materials generally harder yet more brittle than metals? (b) For polymer material, what do mechanical properties of materials mainly include? (10分) 三、看图题（每题10分，共40分） (1)Which is the more stable, the pearlitic or the spheroiditic microstructure? Why? (2)Compare fine (or coarse) pearlite, bainite and martensite with respect to (a)heat treatment,and (b) microstructure.
第1 章原子结构与键合 决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律，原子集合体的形貌特征等。 物质是由原子组成的，而原子是由位于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的。 原子结构中的电子结构——决定了原子键合的本身。 1.1 原子结构 1.1.1 物质的组成 一切物质是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。 分子是能单独存在、且保持物质化学特性的一种微粒。分子的体积很小，如H2O分子的直径约为0.2 nm。而分子的质量则有大有小：H2分子是分子世界中最小的，它的相对分子质量只有2，而天然高分子化合物——蛋白质可高达几百万。 分子是由一些更小的微粒——原子所组成的。在化学变化中，分子可以再分成原子，而原子却不能再分，原子是化学变化中的最小微粒。量子力学中，原子并不是物质的最小微粒。它具有复杂结构。原子结构直接影响原子间的结合方式。 1.1.2 原子的结构 原子由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成。原子的体积很小，原子直径约为10–10 m 数量级，原子核直径为10–15 m 数量级。原子的质量主要在原子核内。每个质子和中子的质量大致为1.67×10–24 g，电子的质量约为9.11×10–28 g，为质子的1/1836。原子呈电中性。原子核带正电（质子带正电，中子不带电），电子带负电（1.6022×10–19 C），电子和质子数目相等。原子核与电子的结合力为静电力。 1.1.3 原子的电子结构 电子云：电子在原子核外空间作高速旋转运动，就好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围。 电子既具有粒子性又具有波动性，即具有波粒二象性。电子运动没有固定的轨道，但可根据电子的能量高低，用统计方法判断其在核外空间某一区域内出现的几率的大小。能量低的，通常在离核近的区域（壳层）运动；能量高的，通常在离核远的区域运动。 原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数来确定： （1）主量子数n 决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即表示电子所处的量子壳层，只限于正整数1，2，3，4，……量子壳层用一个大写英文字母表示。 n = 1为最低能级量子壳层，最靠近核的轨道，K壳层，n = 2，3，4等依次为L，M，N壳层等。 （2）轨道角动量量子数l 给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层），与电子运动的角动量有关，取值为0，1，2，……，n-1。 钠原子结构中K、L和M量子壳层的电子分布 n = 2，有两个轨道角动量量子数l2 = 0 和l2 = 1，即L壳层中，根据电子能量差别，还包含有两个电子亚层。常用小写的英文字母来标注对应于轨道角动量量子数l i的电子能级（亚层）： l i：0 1 2 3 4 能级：s p d f g 在同一量子壳层里，亚层电子的能量是按s，p，d，f，g的次序递增的。不同电子亚层的电子云形状不同，如s亚层的电子云是以原子核为中心的球状，p亚层的电子云是纺锤形…… （3）磁量子数m i 给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。每个l i下的磁量子数的总数为2l i + 1。对于l i = 2 的
一章 1. 氧化铝既牢固又坚硬且耐磨，但为什么不能用来制造鎯头？ 答：氧化铝脆性较高，且抗震性不佳。 2. 将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类： 黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯。 答：金属：黄铜、镁合金、铅锡焊料陶瓷：碳化硅 聚合物：环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯复合材料：混泥土、玻璃钢 3. 下列用品选材时，哪些性能特别重要？ 汽车曲柄、电灯泡灯丝、剪刀、汽车挡风玻璃、电视机荧光屏。 答：汽车曲柄：强度，耐冲击韧度，耐磨性，抗疲劳强度； 电灯泡灯丝：熔点，耐高温，电阻大； 剪刀：硬度和高耐磨性，足够的强度和冲击韧性； 汽车挡风玻璃：透光性，硬度； 电视机荧光屏：光学特性，足够的发光亮度。 4. 概述材料科学的发展史，谈谈你的认识和体会。 5 五大基础材料是什么？各有哪些特点？ 答：五大基础材料是金属、陶瓷、高分子材料、复合材料和半导体材料。 金属：强度高、延展性好、导电导热，但不透明、易腐蚀。 陶瓷：硬度高、耐高温、绝缘、隔热，但是脆性大、难加工。 高分子材料：质轻、绝缘、易成型，但强度低、耐温性差。 复合材料：比强度比模量高、性能可设计，但界面较弱。 半导体材料：导电性介于导体与绝缘体之间，化学纯度和表面加工精度高，但性能易受成分、尺寸、加工等因素的影响。 6. 什么叫材料科学？什么叫材料科学与工程？它们是如何产生的？二者的主要区别是什么？ 答：材料科学是研究材料的组成、结构与性能之间关系的一门学科。它是从化学的角度，研究材料的化学组成与原子结构、原子结合键及其微观结构的相互关系。从晶体学和固体物理学的角度，分析和研究材料的组织形态、微结构、内部缺陷与性质和性能的相互关系。 材料科学与工程是研究有关材料的组成、结构、制备工艺与其性质和性能以及它们之
材料科学导论复习题A 一、选择填空，在给出的a、b、c、d选项中选择一或多个你认为最合适的答案，使得题目中给出描述完整准确。 1、材料的性质是在元器件或设备实现预期的使用性能而得到利用的。即材料的使用性能取决于（ b ）。 a 材料的组成 b 材料的基本性能 c 材料的结构 d 材料的合成与加工工艺 2、钢铁、有色金属、玻璃、陶瓷、高分子材料等的原材料多数来自（ d ）、为矿物资源，形成于亿万年之前，是不可再生的资源。因此，在材料生产中必须节省资源、节约能源、回收再生。 a 工业 b 农业 c 材料加工行业 d 采掘工业 3、高分子材料、金属材料和无机非金属材料，不论其形状大小如何，其宏观性能都是由（ b ）。 a 它的化学成分所决定的 b其化学组成和组织结构决定的。 c 其加工工艺过程所决定的 d其使用环境所决定的 4、材料的化学性能是指材料抵抗各种介质作用的能力。它包括溶蚀性、耐腐蚀性、抗渗入性、抗氧化性等，可归结为材料的（ b ）。 a 有效性 b 实用性 c 稳定性 d 可用性 5、天然矿物原料一般杂质较多，价格较低；而人工合成原料（ d ）。此外，对环境的影响也是选用原材料时必须考虑的因素之一。 a 纯度较高 b价格也较高
c难以得到 d 以上所有 6、金属材料与无机非金属材料成型加工时由于工艺条件的不同也会造成制品性能的差异。因此，材料的（ ad ）的总和决定了制品性能。 a 内在性能 b成型加工 c附加性能 d 成型加工所赋予的附加性能 7、根据其性能及用途的不同，可将陶瓷材料分为（ ac ）和两大类。 a 结构材料用陶瓷 b特种陶瓷 c功能陶瓷 d 传统陶瓷 8、空间技术的发展对材料提出了愈来愈高的要求，石油化工、能源开发等方面的反应装置、热交换器、核燃料，要求材料的（ d ）也日益严格。 a 耐高温性 b耐腐蚀性 c耐磨性 d 以上所有 9、纳米材料通常定义为材料的显微结构中，包括（abcd ）等特征尺度都处于纳米尺寸水平的材料，通常由直径为纳米数量级的粒子压缩而成。 a 颗粒直径 b 晶粒大小 c 晶界 d 厚度 10、2、腐蚀一旦发生，材料或制品就会（ d ）。所以腐蚀是材料设计和选择时不得不考虑的重要因素。 a大受影响 b性能显著下降 c服务寿命缩短 d 以上所有