题型
一、名词解释（8个，24分）
二、简答（8个，48分，有画图题）
三、简述（2个，28分）
考试范围
一、名词解释
1.表界面：由一个相过渡到另一相的过渡区域。
2.表面：习惯上把固－气、液－气的过渡区域称为表面。
界面：把固－液、液－液、固－固的过渡区域称为界面。物体与物体之间的接触面。
界面－两种物质（同种或不同种）之间的接触面、连接层和分界层。
3.理想表面：理论上结构完整的二维点阵平面。
4.清洁表面：不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理-化学效应的表面。（表面的化
学组成与体内相同，但结构可以不同于体内）
5.驰豫表面：指表面层之间以及表面和体内原子层之间的垂直间距d s和体内原子层间距
d0相比有所膨胀和压缩的现象。
6.驰豫：表面区原子（或离子）间的距离偏离体内的晶格常数，而晶胞结构基本不变，这
种情况称为弛豫。
7.重构表面：指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但在垂直方向上的层间间
距d0与体内相同。
8.台阶表面：表面不是平面，由规则或不规则台阶组成。
9.表面偏析：杂质由体内偏析到表面，使多组分材料体系的表面组成与体内不同。
10.吸附表面：在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空间吸附在表面
上的质点所构成的表面。
11.平移界面：在结构相同的晶体中，一部分相对于另一部分平滑移动一个位移矢量。其间
的界面称为平移界面。
12.反演界面：当晶体结构由中心对称向非中心对称转变时，由反演操作联系起来的两个畴
之间形成反演界面IB。
13.表面能:可以理解为系统增加单位面积时所需做的可逆功，单位是J/m2。
14.表面张力:是单位长度上的作用力，单位是N/m。
15.晶界：同质材料形成的固体/固体界面为晶界。
16.相界：异质材料形成的固体/固体界面为相界。
二、简答、简述
1、表界面通常可以分为哪5类？
固－气；液－气；固－液；液－液；固－固。
2、获得理想表面的理论前提？
（1）、不考虑晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响；
（2）、不考虑表面原子的热运动、热扩散、热缺陷等；
（3）、不考虑外界对表面的物理-化学作用等；
（4）、认为体内原子的位置与结构是无限周期性的，则表面原子的位置与结构是半无限的，与体内完全一样。
3、怎样获得清洁表面？/获得清洁表面的几种方法？
①在获得超高真空的同时获得清洁的表面。
②用简单的加热方法去除表面的沾污。
③在化学气氛中加热去除那些通过简单加热不能清除的化学吸附沾污。
④对于较顽固的沾污，可以利用惰性气体离子（如Ar+、Ne+）轰击表面而有效地清除
污染。
⑤对于一些晶体，可以采用沿特定的晶面自然解理而得到清洁表面。
⑥在适当的基片上通过真空蒸发法获得预想的单晶和多晶薄膜，作为研究对象的清洁
表面。
4、什么是吸附表面以及用图文说明吸附表面的四种吸附
吸附表面即在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面。根据表面的四种吸附位置可以分为顶吸附、桥吸附、填充吸附和中心吸附四种吸附方式。
上为俯视图，下为剖视图，顶吸附
5、固体界面类型
从晶体学角度，可以分为平移界面、孪晶界面和反演界面；从实用角度可分为气固界面、半导体界面、薄膜界面和超晶格界面。
平移界面：在结构相同的晶体中，一部分相对于另一部分平滑移动一个位移矢量。其间的界面称为平移界面。包括堆垛层错、反相畴界和结晶切变面等面缺陷。
A.P.B –—平移矢量不等于点阵矢量，为层错。
孪晶界面：其隔开的两部分晶体间以特定的取向关系相交接, 从而构成新的附加对称元素，如反映面、旋转轴或对称中心。
反演界面：当晶体结构由中心对称向非中心对称转变时，由反演操作联系起来的两个畴之间形成反演界面IB。
6、固体表面的基本特性
理想的晶体由原胞组成，并具有三维周期性。但实际物质不是无限的，在晶体中原子或分子的周期性排列发生大面积突然终止的地方就出现了界面，如固体－液体、固体－气体及
固体－固体的界面，常把固体－气体（或真空）、固体－液体的界面称为固体的表面。表面是一个抽象的概念，实际常把无厚度的抽象表面叫数学表面，把厚度在几个原子层内的表面叫作物理表面，而把我们常说实际的固体表面叫工程表面。
7、金属表面（工程表面）实际构成示意图
对于给定条件下的表面，其实际组成及各层的厚度与表面制备过程、环境以及材料本身的性质有关。
8、表面成分
（1）、金属表面成分
一般特征：“金属/过渡层/空气”，过渡层中常由氧化物、氮化物、硫化物、尘埃、油脂、吸附气体（氧、氮、二氧化碳和水汽等）所组成，其中以氧化物最为常见；
（2）、合金表面成分
一般特征：―金属/过渡层/空气‖，其过渡层中出现的情况更为复杂。过渡层常见氧化物，但可能出现硫化物和碳化物等。
（3）、氧化物表面成分
一般特征：空气/非化学计量层/氧化物。非化学计量层形成：表面缺陷形成比较容易，如氧空位。
（4）、玻璃表面成分
玻璃表面：空气/表面组成/设计组成。表面组成：表面能小的氧化物易在玻璃表面富集，如P bO，B2O3氧化物。
9、典型表面结构图
变形层又称应变层或加工硬化层，它是材料表面区域的重要组成部分。摩擦过程也会形成变形层。贝氏层是加工过程中表面分子产生溶解和表面产生流动之后淬火硬化而沉积的表层，它属于非晶或微晶结构。表面吸附是实际固体重要的表面现象，它的存在可以显著降低表面
的系统能量。
10、表面结构的表示方法
当晶体解理时，由于各种因素的影响，很难得到完整的平面结构，如果畸形程度小，可以近似地认为是平面。还常常出现一种比较有规律的非完全平面结构，称之为台阶结构。
对于平面结构和台阶结构，分别用不同的方法表述。
根据表面原子的排列，清洁表面又可分为台阶表面、弛豫表面、重构表面等。
（1）台阶表面不是一个平面，它是由有规则的或不规则的台阶的表面所组成。由于晶体内部缺陷的存在等因素，使晶体内部应力场分布不均匀，加上在解理晶体
对外力情况环境的影响，晶体的解理面常常不能严格地沿所要求的晶面解理，
而是伴随着相邻的倾斜晶面的开裂，形成层状的解理表面。它们由一些较大的
平坦区域和一些高度不同的台阶构成，称为台面－台阶－拐结（Terrace－Ledge
－Kink）结构，简称台阶结构或TLK结构.
（2）平坦表面包括弛豫表面和重构表面。平坦表面表述方法，一般采用Wood（1963）方法。这种方法主要是以理想的二维点阵为基，描述发生点阵畸变的清洁表面
点阵结构。畸变后的表面通常称为再构表面，再构是由原子的重排和弛豫所致。
11、表面原子驰豫
表面原子由于在某一方向失去相邻原子，可导致偏离平衡位置的弛豫。弛豫可以发生在表面以下几个原子层的范围内。表面第一层原子的弛豫主要表现为纵向弛豫。一般说来，某一原子在某一方向的弛豫，必然引起其它原子以及邻层原子的弛豫。在很多半导体材料以及金属材料、离子晶体等材料中均可观察到表面原子弛豫的存在。表面原子的弛豫，不仅造成了晶体宏观上的膨胀与压缩，而且导致了表面二维点阵的变化，成为再构表面。原子的弛豫，大致可以分为以下几种类型，即：压缩效应、驰张效应、起伏效应及双电层效应。
（1）压缩效应
表面原子失去空间方向的相邻原子后，体内原子对表面原子的作用，产生了一个指向体内的合力，导致表面原子向体内的纵向弛豫。
（2）弛张效应
在少数晶体的某些表面发生原子向体外移动的纵向弛豫，造成了晶体的膨胀。这种情况多由于内层原子对表层原子的外推作用，有时也由于表面的松散结构所致。即表面层内各原子间的距离普遍增大，并且可波及表面内几个原子层，造成晶体总体在某一方向的膨胀。一般的弛张效应多出现在金属晶体及其化合物表面。
（3）起伏效应
对于半导体材料如Ge、Si等具有金刚石结构的晶体，可以在（111）表面上观察到，有的原子向体外方向弛豫，有的原子向体内弛豫；而且这两种方向相反的纵向弛豫是有规律地间隔出现的。即有起有伏，称之为起伏效应。
（4）双电层效应
对于多原子晶体，弛豫情况将更加复杂。在离子晶体中，表层离子失去外层离子后，破坏了静电平衡，由于极化作用，造成了双电层效应。在LiF及NaCl晶体表面均明显地出现双电层结构。
12、用于表面分析的探针，应满足哪些条件？
（1）与表面层物质有较强的相互作用。（由于表面层极薄，如果表面探针与表面互作用弱，就难以用较大的信噪比把表面的特有信息携带出来。）
（2）探针基本不穿透表面。（一旦探针粒子进入体内，必然把体内信息同时引出。）在探针未获得信息前不得破坏表面原子结构。
（3）灵敏度、分辨率高。（一般分辨尺寸应小于或远小于原子间距。原子间距大约在1～3?左右，故采用微观粒子束，如电子、短波光子、轻离子等做表面探针材料可以达到要求。）
13、表面探针与表面的相互作用
14、常见的表面分析方法（给出英文全称以及中文含义，说明什么方法什么原理）
AES （Auger Electron Spectroscopy) 俄歇电子谱
LEED (Low Energy Electron Diffraction) 低能电子衍射
RHEED (Reflection High Energy Electron Diffraction) 反射高能电子衍射
EELS (Electron Energy Loss Spectroscopy) 电子能量损失谱
HREELS (High Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy) 高分辨电子能量损失谱FIM (Field Ion Microscopy) 场原子显微镜
FEM (Field Emission Microscopy) 场发射显微镜
PEEM (Photo Emission Electron Microscopy) 光电发射电子显微镜
XRD（X-Ray Diffraction) X射线衍射谱
UPS (Ultraviolet Photoemission Spectroscopy) 紫外线电子谱
XPS (X-ray Photoemission Spectroscopy) X射线光电子谱
SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) 表面增强拉曼电子谱
IRAS (Infrared Absorption Spectroscopy) 红外吸收光谱
ISS （Ion Scattering Spectroscopy) 离子散射谱
SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) 二次离子质谱
HSS (Helium Scattering Spectroscopy) 高能散射电子谱
TPD (Temperature-Programmed Desorption) 程序升温脱附法
TPR (Temperature-programmed Reduction 程序升温还原法
STM (Scanning Tunneling Microscopy) 扫描隧道显微镜法
Work Function Measurements
AFM (Atomic Force Microscopy) 原子力显微镜法
15、二次电子与俄歇电子的含义
入射电子和原子的价电子发生非弹性碰撞，使价电子获得入射电子损失的能量，而脱离
原子核的束缚逃逸到真空中，所产生的为二次电子。
当3～5 keV的入射电子轰击元素的原子时，原子内层电子被激发到外层，并在此能级上留下一个空位。使原子由原来能量较低的稳态而变成其它较高能量的非稳定态－－激发态。能量较高能级上的电子可能通过非辐射复合而落到这个空位，使能量降低。在退激过程中，多余的能量可把另一能级上的电子激发到真空能级之外。这种激发出来的电子，被称为俄歇电子。
16、俄歇跃迁（文字+图+描述）
外来的激发源与原子发生相互作用，把内层轨道（X轨道）上的一个电子激发出去，形成一个空穴。次外层（Y轨道）的一个电子填充到内层空穴上，产生一个能量释放，促使外层（W轨道）的电子激发发射出来而变成自由的俄歇电子。这个过程称为俄歇跃迁。
17、AES特点
表面性（1～2nm）；AES具有很高的表面灵敏度，其检测极限约为10-3原子单层；可以同时分析除氢、氦以外的所有元素；半定量分析表面成份；化学价态分析；微区分析；
界面分析；
18、AES样品制备
（1）俄歇电子能谱仪对分析样品有特定的要求，在通常情况下只能分析固体导电样品。经过特殊处理，绝缘体固体也可以进行分析。
（2）粉体样品原则上不能进行俄歇电子能谱分析，但经特殊制样处理也可以进行一定的分析。
（3）由于涉及到样品在真空中的传递和放置，待分析的样品一般都需要经过一定的预处理；主要包括样品大小，挥发性样品的处理，表面污染样品及带有微弱磁性样品等的处理。19、AES采样深度
（1）俄歇电子能谱的采样深度与出射的俄歇电子的能量及材料的性质有关。
（2）一般定义俄歇电子能谱的采样深度为俄歇电子平均自由程的3倍。
（3）根据俄歇电子的平均自由程的数据可以估计出各种材料的采样深度。一般对于金属为0.5 ～2 nm，对于无机物为1 ～3 nm，对于有机物为1 ～3 nm。从总体上来看，俄歇电子能谱的采样深度比XPS的要浅，更具有表面灵敏性。
20、关于俄歇电子能谱分析
（1）表面元素定性鉴定
金刚石表面的Ti薄膜的俄歇定性分析谱
如图中的C KLL表示碳原子的K层轨道的一个电子被激发，在退激发过程中，L层轨道的一个电子填充到K轨道，同时激发出L层上的另一个电子。这个电子就是被标记为C KLL的俄歇电子。由于俄歇跃迁过程涉及到多个能级，可以同时激发出多种俄歇电子，因此在AES谱图上可以发现Ti LMM 俄歇跃迁有两个峰。
（2）表面元素半定量分析
在SiO2/Si界面不同深度处的Si L V V 俄歇谱
从图上可见，Si L V V 俄歇谱的动能与Si原子所处的化学环境有关。在SiO2中，Si L V V 俄歇谱的动能为72.5 eV，而在单质硅中，其Si L V V 俄歇谱的动能则为88.5 eV。我们可以根据硅元素的这化学位移效应研究SiO2/Si的界面化学状态。由图可见，随着界面的深入，SiO2的量不断减少，单质硅的量则不断地增加。
（3）元素深度分析
PZT/Si薄膜界面反应后的俄歇深度分析谱
上图是PZT/Si薄膜界面反应后的典型的俄歇深度分析图。横坐标为溅射时间，与
溅射深度有对应关系。纵坐标为元素的原子百分比。从图上可以清晰地看到各元素在薄膜中的分布情况。在经过界面反应后，在PZT 薄膜与硅基底间形成了稳定的SiO2界面层。这界面层是通过从样品表面扩散进的氧与从基底上扩散出的硅反应而形成的。
（4）选点分析
利用俄歇电子能谱可以在很微小的区域内进行选点分析，当然也可以在一个大面积的宏观空间范围内进行选点分析。上图中，在α、β处选点，进行选点分析。结果可从图中得出，在α、β处均含有Si 和Ti 两种元素，其位置分布在图中可以得到。
（5）线扫描分析
Ag-Au 合金超薄膜在Si(111)面单晶硅上的电迁移后的样品表面的Ag 和Au 元素的线扫描分布见上图。横坐标为线扫描宽度，纵坐标为元素的信号强度。从图上可见，虽然Ag 和Au 元素的分布结构大致相同，但可见Au 已向左端进行了较大规模的扩散。这表明Ag 和Au 在电场作用下的扩散过程是不一样的。此外，其扩散是单向性，取决于电场的方向。
（6）元素面分布
右上角为Cu ，下图为Fe
21、XPS的特点
（1）可以分析除H和He以外的所有元素；
（2）相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰较少，元素定性的标识性强；
（3）能够观测化学位移，化学位移同原子氧化态、原子电荷和官能团有关。化学位移信息是利用XPS进行原子结构分析和化学键研究的基础；
（4）可作定量分析，即可测定元素的相对浓度，又可测定相同元素的不同氧化态的相对浓度；
（5）是一种高灵敏超微量表面分析技术，样品分析的深度约为20?，信号来自表面几个原子层，样品量可少至10-8g，绝对灵敏度高达10-18g。
22、SIMS取样深度
（1）SIMS的取样深度是一个很重要的参数，可是要从实验上进行测量却特别困难，（2）在一般的工作条件下(即相对表面的出射角度>45 ），SIMS的取样深度要大大低于XPS。
（3）SIMS的采样深度应该是1nm数量级。
23、计算材料学从哪3个尺寸范畴考虑界面性质
计算材料科学从三个不同的尺寸范畴考虑界面性质：①基于第一性原理，从原子尺度考虑几十、几百个分子的多体交互作用；②利用分子动力学和蒙特卡洛方法，从纳米尺度考虑几千至几百万个分子的多体交互作用；③利用有限元方法，从宏观尺度考虑块体材料的工程学问题。许多处理晶体电子态的理论方法和量子化学中的一些方法已被用来处理表面、界面问题。常用求解表面、界面电子能态的方法有赝势法(PP）、紧束缚法(TB）、定域密度泛函法(LDF）、准粒子能带结构法和推广的Huckel方法(EHT），各种计算方法也在不断发展之中。
24、界面分类
依据形成途径分类：
（1）机械作用界面：受机械作用而形成的界面称为机械作用界面。常见的机械作用包括切削、研磨、抛光、喷砂、变形、磨损等。
（2）化学作用界面：由于表面反应、粘结、氧化、腐蚀等化学作用而形成的界面称为化学作用表面。
（3）固体结合界面：由两个固体相直接接触，通过真空、加热、加压、界面扩散和反应等途径所形成的界面称为固体结合界面。
（4）液相或气相沉积界面：物质以原子尺寸形态从液相或气相析出而在固态表面形成的膜层或块体称为液相或气相沉积界面。
（5）凝固共生界面：两个固相同时从液相中凝固析出，并且共同生长所形成的界面称为凝固共生界面。
（6）粉末冶金界面：通过热压、热锻、热等静压、烧结、热喷涂等粉末工艺，将粉末材料转变为块体所形成的界面称为粉末冶金界面。
（7）粘结界面：由无机或有机粘结剂使两个固相结合而形成的界面称为粘结界面。
（8）熔焊界面：在固体表面造成熔体相，然后两者在凝固过程中形成冶金结合的界面称为熔焊界面。
依据结晶学分类：
（1）平移界面：在结构相同的晶体中，一部分相对于另一部分平滑移动一个位移矢量。
其间的界面称为平移界面。
（2）孪晶界面：其隔开的两部分晶体间以特定的取向关系相交接, 从而构成新的附加对称元素，如反映面、旋转轴或对称中心。
（3）混合界面：前两者的混合。
（4）反演界面：当晶体结构由中心对称向非中心对称转变时，由反演操作联系起来的两个畴之间形成反演界面IB。
25、相界的分类（图文说明）
根据界面上的原子排列结构不同，可把固体中的相界分为共格的、半共格的以及非共格的三类。
(1)共格界面
当两相在某种晶面上具有相同的原子分布方式及相近的原子间距时，两相的晶格在界面上能够相互衔接，一一对应，以致晶界两侧的点阵越过界面是连续的，这种界面称为共格界面，如图所示。
共格界面(每个晶体的化学成分不同，但晶体结构相同)
(2)半共格界面
当相邻两相的结构相差较大时，相界面不能再维持完全共格，而出现了一系列非共格的部分，这种情况通常是在界面上形成一系列的刃型位错线，以此来补偿界面上原子间的不匹配，并使界面上的畸变和弹性应变能降至最低。从能量角度而言，以半共格界面代替共格界面更为有利，如图所示。
半共格界面(平行于界面的错配有一系列刃型位错)
(3)非共格界面
当两个邻接的相在界面上的原子排列结构差异很大时，界面两侧就不可能有很好的匹配。若两相原子排列差异很大或是即使它们的排列相似但原子间距差异超过25%，这两种情况都产生所说的非共格界面。一般说来，两个任意取向的晶体沿任意面接合就获得非共格界面，如图所示。
非共格界面(平行于界面的匹配很差)
26、晶界分类
(1) 按两个晶粒之间夹角的大小来分：
小角度晶界：θ＝0°→3～10°
中角度晶界：θ＝3°→10～15°
大角度晶界：θ＞15°
(2) 根据晶界两边原子排列的连贯性来分：
共格晶界: 两种相的原子在界面处完全匹配，形成完整格界面。
半共格晶界：晶面间距相差较大，在界面上将产生一些位错，以降低界面的弹性应变能，这时界面上两相原子部分地保持匹配。
非共格晶界: 界面上两相原子无任何匹配关系。
27、晶界对材料性能的影响（晶界的作用）
（1）降低材料机械强度
（2）晶界能够富集杂质原子
（3）晶界原子能量较高可以成为高温传质过程的快速通道。
28、润湿与吸附
润湿：是固－液界面上的重要行为,液体在与固体接触时，沿固体表面扩展的现象。固液接触后，体系吉布斯自由焓降低时就称为润湿。
润湿分类
按润湿程度分类：
附着润湿：液－气界面(L-g)+固－气界面(S-g)——固－液界面(S-L)
浸渍润湿：固体浸入液体中的过程
铺展润湿：置一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液滴在固体表面上自动展开形成液膜，则称此过程为铺展润湿。
29、在什么情况下调整表面粗糙度可以改变润湿效果（θ为接触角）
（1）θ＜90°时，θ’＜θ，即在润湿的前提下，表面粗糙化后θ’变小，更易为液体所润湿。
（2）θ＞90°时，θ’＞θ，即在不润湿的前提下，表面粗糙化后θ’变大，更不易为液体所润湿。
大多数有机液体在抛光的金属表面上的接触角小于90°，因而在粗糙金属表面上的表观接触角更小。
30、浮游选矿（重点）
浮游选矿原理示意图
当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。
31、要想达到良好的粘附表面化学条件应该是？
（1）被粘附体的临界表面张力γC要大或使润湿张力F增加，以保证良好润湿。
（2）粘附功要大，以保证牢固粘附。
（3）粘附面的界面张力γSL要小，以保证粘附界面的热力学稳定。
（4）粘附剂与被粘附体间相溶性要好，以保证粘附界面的良好键合和保持强度。为此润湿热要低。
上述条件是在P=0，（γSV-γSL）=γLV的平衡状态时求得的。
32、复合体系的界面结合特性
界面相是复合材料的一个组成部分，其作用可以归纳一下几个方面。
传递作用：界面能传递力，即将外力传递给增强物，起到基体和增强体之间的桥梁作用阻断作用：结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用保护作用：界面相可以保护增强体免受环境的侵蚀，防止基体与增强体之间的化学反应，起到保护增强体的作用。
33、接合的概念和制备方法（若为简答，则简单列出即可，若为简述，则应略加描述）
所谓接合，是指为得到具有指定（特定）特性的坯料而使用的一种材料复合手段。
常见制作方法：
（1）机械嵌合：ZrO2与钢的组合是最常用的构件之一，这种接合方式是典型的机械嵌合方式。将钢管加热升温后再与ZrO2管插接。钢管的热膨胀系数远大于ZrO2管，冷却后套在外侧的钢管收缩，对内侧的ZrO2管施加预应力（压力）。
（2）固相扩散接合：在高温下对接合体加压，使两者之间发生元素间的扩散并紧密地接合在一起。固相扩散接合的主要目的是通过加压的方式，将金属表面上生成的氧化物破碎，使新的金属层暴露出来，更好地促进扩散或反应的进行。
（3）压接：与固相扩散接合方式相比，压接时可以采用的压力范围很大。例如，从热压机可实现的设备压力到热等静压方式的压力都属于压接的适用压力范围。
（4）摩擦焊：接合体在加压状态下进行高速的相对旋转产生摩擦热，使界面部分熔化，从而实现接合的工艺方法叫做摩擦焊。在摩擦焊接过程中，金属表面的氧化层被破坏，扩散、化学反应在非常有利的条件下进行，同时界面处发生机械嵌合现象，进一步提高了接合强度。（5）反应接合方式：
1）、气体-金属共晶反应接合：某种金属与硫黄、氧或磷发生共晶反应之后，可以在界面上生成比金属自身熔点低10～20℃的低熔点共晶体，从而促进反应过程。这种工艺方法就是气体-金属共晶反应的方法。
2）、固体相互反应工艺：
3）、活度金属法：利用活性度较为理想的高熔点金属，使之促进与陶瓷之间的界面反应的方法，就是活度金属法。
（6）电压接合法：其工艺过程为在两块金属薄板（如铝箔等）之间插入玻璃（如CaO-Na2O）等，在金属一侧加300V电压并置于电炉内或电热板上。在200℃、30s条件下，阳极的金属就会与玻璃接合在一起，但阴极金属却不能与玻璃板接合。电流使Na离子从阴极析出。Na+ 与水蒸气接合，生成NaOH与H2，对玻璃产生腐蚀作用，变为Na2O-SiO2系玻璃和水。产生的水分与Al发生反应，生成Al(OH)3，在300℃左右时分解并形成稳定的Al2O3，所以能保证仅在有水分存在的数小时内有电流通过。
（7）微波加热接合（陶瓷-陶瓷接合体）：在Al2O3材料之间加入玻璃-陶瓷形式的复层，将玻璃夹在中间，使用2.45GHz、700W 微波进行接合试验。
（8）熔化焊接：陶瓷与陶瓷接合时，若两相材料组成相同，可以用成分相同的熔融体作辅助接合相材料，对两相成分各不相同的陶瓷，辅助接合相材料的成分必须同时满足两相材料共存的要求。
（9）超高真空压焊：为彻底排除表面污染的影响，将材料的清洁断口直接放入保护气氛中进行接合试验。
（10）超声波接合：在1.5×10-7Pa真空度、10～50Pa压力的条件下，用1.2kW超声波发生器对试件进行30μm振幅的超声波振动，Al与AlN、Si3N4在大气环境中就存在接合可能性；在同样的情况下使用Ti金属时，为了防止表面的氧化，必须在真空度很高的条件下接合。
（11）离子注入法：将离子束注入界面或基板中
（12）金属化：最初是通过在Mo涂料中加入Mo及MnO2而实现，之后就不再添加锰。随着电子仪器行业的发展，用Al2O3代替硬脂酸盐，结果出现了很多新问题。
（13）共晶接合法；作为金属-陶瓷系的直接接合法，共晶接合法具有如下特点：①在金属与流动的气体中形成共晶；②共晶中的气体成分是少量的，且接合后容易被除去；③共晶温度按接合时的工作温度来考虑，比金属的熔点低10℃左右；④要满足在接合温度下金属具有足够的塑性，其变形能力应满足与基板形状完全吻合的要求。
34、复合材料的界面
复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。
复合材料界面示意图
1、外力场
2、基体
3、基体表面区
4、相互渗透区
5、增强剂表面区
6、增强剂
35、复合材料界面效应
(1)传递效应：界面能传递力，即将外力传递给增强物，起到基体和增强物之间的桥梁作用。
(2)阻断效应：结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。
(3)不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。
(4)散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击及耐热冲击性等。
(5)诱导效应：一种物质(通常是增强物)的表面结构使另一种(通常是聚合物基体)与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由此产生一些现象，如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等
36、影响复合材料界面接合强度的因素
许多因素影响着界面结合强度，如表面几何形状、分布状况、纹理结构、表面杂质、吸附气体程度、吸水情况、表面形态、在界面的溶解、扩散和化学反应、表面层的力学特性、润湿速度等。
37、界面接合强度大小对复合材料整体性能的影响（论述题）
界面结合较差，增强体不能发挥作用；界面结合过强，材料破坏过程的裂纹容易扩展到界面，直接冲击增强体则呈脆性断裂。
最佳状态的界面，裂纹沿界面扩展形成曲折的路径耗散较多的能量，即这时的复合材料具有最大断裂能和一定的韧性。研究和设计界面时，应综合考虑界面结合强度和复合材料综合力学性能。
不同界面结合强度断裂纤维周围基体形态模型
a. 弱界面结合状况
b. 界面结合适中状况
c. 界面结合过强状况
界面结合强度低，则增强纤维与基体很容易分离，在材料的断面可观察到脱粘、纤维拔出、纤维应力松弛等现象，起不到增强作用；但界面结合强度太高，则增强纤维与基体之间应力无法松弛，形成脆性断裂。
当复合材料破坏时，纤维断裂的形貌与界面结合的强度有密切联系。若界面结合过于牢固，界面结合强度大于复合材料强度，纤维不发生任何脱粘就与基体树脂同步破坏，断面齐整，没有纤维拔出，试样呈现典型的脆性断裂。这样的界面未能起到松弛应力的作用。若界面结合很弱，纤维与树脂完全脱粘，纤维断裂时从基体中被拔出，纤维表面光滑，几乎看不到基体的残迹。若纤维与基体界面结合适度，当复合材料破坏时，界面脱粘和基体破坏同时发生，从基体中拔出的纤维表面，可粘附有许多基体树脂残迹。38、对界面的分析表征可使用哪些手段？
现代科学的发展为复合材料界面的分析表征提供了强有力的手段。扫描电镜、红外光谱、紫外光谱、光电子能谱、动态力学分析、原子力显微镜等，在复合材料界面分析表征中得到充分的应用，为揭示界面的本质、丰富界面的理论作出了重要的贡献
39、优化界面接合的方法措施
1.界面结合须适中，过弱、过强都不行。
2.在增强纤维表面接枝上具有一定柔性的、与基体树脂有良好相容性的、具有足够分子量的热塑性齐聚物，这样既保证纤维与基体树脂的界面不会产生永久性脱粘与滑移，又可确保纤维与基体树脂界面有一定程度滑移的能力，以致在外界负荷施加时或者冷热循环时，能松弛应力，不会使复合材料产生脆性破坏。
3.对于无官能团的热塑性基体树脂而言，还必须使用一定量功能化的基体树脂，以确保与增强纤维产生化学键的接枝。
华工材物化复试笔试题 2010年 1、一个人海中溺水，救生员离海有一距离，救生员在水中、陆地上的速度不一样，找一最快路线。 2 、列举生活常见的发光显示器，并说明主要特征。 有机发光显示器（OLED，Organic Light Emitting Display）是一种利用有机半导体材料制成的、用直流电压驱动的薄膜发光器件，OLED显示技术与传统的LCD 显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著节省电能。OLED的工作原理十分简单，有机材料ITO 透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压的驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴相遇形成激子，使发光分子激发而发出可见光。根据使用的有机材料不同，OLED又分为高分子OLED和小分子OLED，二者的差异主要表现在器件制备工艺上：小分子器件主要采用真空热蒸发工艺；高分子器件则采用旋转涂覆或喷涂印刷工艺。 特点： 1.薄膜化的全固态器件，无真空腔，无液态成份； 2. 高亮度，可达300 cd/m2以上； 3.宽视角，上下、左右的视角宽度超高170度； 4.快响应特性，响应速度为微秒级，是液晶显示器响应速度的1000倍； 5.易于实现全彩色； 6.直流驱动，10V以下，用电池即可驱动； 7.低功耗； 8.工艺比较简单，低成本； 9.分辨率；10.温度特性，在-40℃~70℃范围内都可正常工作。 3 、发光二极管原理，光电二极管的原理 （1）发光二极管（LED）由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。 它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关 （2）光电二极管（Photo-Diode，PD）是将光信号变成电信号的半导体器件，由
2013年材料化学期末考试试卷及答案 一、填空题（共10 小题，每题1分，共计10分） 1、材料按化学组成与结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料 和复合材料四大类。 2、材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。 3、材料的结构一般可分为微观结构、介观结构和宏观结构三个层次来研究。 4、元素的原子之间通过化学键相结合，不同元素由于电子结构不同结合的强弱也不同。其中离子键、共价键和金属键较强；范德华键为较弱的物理键；氢键归于次价键。 5、范德华力有三种来源分别是取向力、诱导力和色散力。 6、晶体包括有金属晶体、离子晶体、原子晶体和分子晶体。 7、硅酸盐的基本结构单元为[SiO4] 四面体，其结构类型为岛装、环状、链状、层状与架状等。 8、晶体的缺陷按几何维度可划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。其中点缺陷又可分为热缺陷和杂质缺陷。 9、力对材料的作用方式为拉伸、压缩、弯曲和剪切等；而力学性能表征为强度、韧性和硬度等。 10、材料的电性能是材料被施加电场时所产生的响应行为。主要包括导电性、介电性、铁电性和压电性等。 11、晶体生长技术包括有融体生长法和溶液生长法；其中融体生长法主要有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法。 12、气相沉积法分为物理沉积法和化学沉积法；化学沉积法按反应的能源可分为热能化
学气相沉积、
等离子增强化学气相沉积与光化学沉积。 13、金属通常可分为黑色金属和有色金属；黑色金属是指铁、铬、锰金属与它们的合金。 14、铁碳合金的形态包括有奥氏体、马氏体、铁素体、渗碳体、与珠光体等。 15、无机非金属材料一般为某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫化物和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐组成。 16、玻璃按主要成分可分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃；氧化物玻璃包括石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟钙玻璃；非氧化物玻璃主要有硫系玻璃和卤化物玻璃。17、半导体可分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体；按价电子数可分为n-型和p-型。 18、聚合物通常是由许多简单的结构单元通过共价键重复连接而成。合成聚合物的化合物称为单体，一种这样化合物聚合形成的成为均聚物，两种以上称共聚物。 19、聚合的实施方法可分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。 20、具有导电性的聚合物主要有：共轭体系的聚合物、电荷转移络合物、金属有机螯合物和高分子电解质。 21、复合材料按基体可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属复合材料。 22、纳米材料的独特效应包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子效应。 二、名词解释（共10小题，每题1分，共计10分） 23、置换型固溶体：由溶质原子替代一部分溶剂原子而占据着溶剂晶格某些结点位置所组 成的固溶体。 24、填隙型固溶体：溶质质点进入晶体中的间隙位置所形成的固溶体。 25、介电性：在电场作用下，材料表现出的对静电能的储蓄和损耗的性质。 26、居里温度：高于此温度铁电性消失。 27、相图：用几何的方式来描述处于平衡状态下物质的成分、相和外界条件相互关系的示 意图。
1、什么是材料化学？其主要特点是什么？ 答：材料化学是与材料相关的化学学科的一个分支，是与材料的结构、性质、制备及应用相关的化学。材料化学的主要特点是跨学科性和实践性 2、一些物理量在元素周期表中规律， 答：电离势同一周期的主族元素从左到右增大，稀有气体最大；同一周期的副族元素从左到右略有增加。同一主族，从上到下减小；同一副族从上到下呈无规则变化。电子亲和势同周期从左到右大体上增加，同族元素变化不大。电负性同周期从左到右变大，同主族从上到下减小。 材料中的结合键有哪几种？各自的特点如何？对材料的特性有何影响？ 3、原子间结合键有哪些，怎么分类？ 答：依据键的强弱可分为主价键和次价键。主价键是指两个或多个原子之间通过电子转移或电子共享而形成的键合，即化学键；主要包括离子键、共价键和金属键。次价键如范德华键是一种弱的键合力，是物理键，氢键也是次价键。 4、谈谈化学锈蚀和电化学锈蚀的各自特点和机理。 答：化学锈蚀是指金属与非电解质接触时，介质中的分子被金属表面所吸附并分解成原子，然后与金属原子化合，生成锈蚀产物。可以利用致密氧化膜的保护特性。电化学锈蚀原理与金属原电池的原理相同。即当两种金属在电解质溶液中构成原电池时，作为原电池负极的金属就会被锈蚀。在金属材料上外加较活泼的金属作为阳极，而金属材料作为阴极，电化学腐蚀时阳极被腐蚀金属材料主体得以保护。 5、如何防止或减轻高分子材料的老化？ 答：在制造成品时通常都要加入适当的抗氧化剂和光稳定剂（光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭剂）可提高其抗氧化能力。 6、试解释为何铝材不易生锈，而铁则较易生锈?
答：铝在空气中可以生成致密得氧化物膜，阻止与空气得进一步接触，所以不易生锈；铁在空气中生成疏松得氧化物膜，不能隔绝空气，特别是铁在潮湿得空气中能够发生电化学反应，因此加大了锈蚀，所以铁较易生锈。 7、谈谈热膨胀系数相关知识。 答：热膨胀系数分线膨胀系数和体膨胀系数。不同材料的膨胀系数不同。金属和无机非金属的膨胀系数较小，聚合物材料的膨胀系数较大。因素分析：原子间结合键越强，热胖胀系数越小，结合键越弱则热膨胀系数较大；材料的结构组织对其热膨胀系数也有影响，结构致密的固体，膨胀系数大。 8、用什么方式是半导体变为导体？ 答：升高温度，电子激发到空带的机会越大，因而电导率越高，这类半导体称为本征半导体。另一类半导体通过掺杂使电子结构发生变化而制备的称为非本征半导体。 9、用能带理论说明什么是导体、半导体和绝缘体。 答：导体：价带未满，或价带全满但禁带宽度为零，此时，电子能够很容易的实现价带与导带之间的跃迁。半导体：价带全满，禁带宽度在之间，此时，电子可以通过吸收能量而实现跃迁。绝缘体：价带全满，禁带宽度大于5eV，此时，电子很难通过吸收能量而实现跃迁。 10、光颜色的影响因素？ 答：金属颜色取决于反射光的波长，无机非金属材料的颜色通常与吸收特性有关。引进在导带和价带之间产生能级的结构缺陷，可以影响离子材料和共价材料的颜色。 11、通过埃灵罕姆图解释为何碳在高温下可以用作金属氧化物还原剂？ 答：2C（s）+O2=2CO(s) 对于该反应式从图中可以看出，其温度越高，?G0的负值越大，其稳定性也就越高，即该反应中碳的还原性越强。 12、埃灵罕姆图上大多数斜线的斜率为正，但反应C+O2=CO2的斜率为0，反应2C+O2=2CO的斜率为负，请解释原因。 答：△G0=△H0-T△S0，?G0与温度T关系式的斜率为-△S0 对于反应C+O2=CO2，氧化过程气体数目不变，则?S0=0, (-?S0)=0，斜率为零。 对于反应2C+O2=2CO，氧化过程气体数目增加，则?S0>0, (- ?S0)<0，斜率为负。 13、水热法之考点 答：是指在高压釜中，通过对反应体系加热加压（或自生蒸汽压），创造一个相对高温高压的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解而达到过饱和、进而析出晶体的方法。利用水热法在较低的温度下实现单晶的生长，避免了晶体相变引起的物理缺。 14、化学气相沉积法之考点 答：优点：沉积速度高，可获得厚涂层；沉积的涂层对对底材有良好的附着性；真空密封性良好；在低温下可镀上高熔点材料镀层；晶粒大小和微结构可控制；设备简单、经济。缺点：不适合与低耐热性工件镀膜；反应需要挥发物不适用一般可电镀金属；需要可形成稳定固体化合物的化学反应；反应释放剧毒物质，需要封闭系统；反应物使用率低且某些反应物价格昂贵。 15、输运法作用 答：可用于材料的提纯、单晶的气相生长和薄膜的气相沉积等，也可用于新化合物的合成。 16、溶胶—凝胶法的原理以及优缺点是什么？ 答：溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶 优点：（1）由于溶胶－凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合。（2）由于经过溶液反应步骤，那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素，实
一、 简答题 1、标准摩尔燃烧热:在标准压力和某温度下，单位物质的量的某有机物被完全氧 化（燃烧），是所含的各元素生成指定的稳定产物是的定压热效应,称为该有机物的标准摩尔燃烧热 2、盖斯定律：反应热仅取决于反应的始态和终态，而与反映的路线无关。 3、反应热效应：在热化学中，当体系的始态和终态温度相同，而且在反应过程中只做体积功时，发生化学反应所吸收或放出的热。 4、标准摩尔熵：在标准状态下，单位物质的量的物质B 在T 时的熵值。 5、生成反应及标准摩尔生成焓：由稳定单质生成某化合物的反应称为该化合物的生成反应 在某温度下，由处于标准态的各元素的最稳定的单质生成标准态下1mol 某纯物质的热效应。 6、化学势)(,,)(B j n P T B B j n G ≠??=μ的含义：当熵、体积及除B 组分外其他各物质的量（n j ）均不变时，增加dn B 的B 种物质则相应的增加内能dU. 7、偏摩尔量≠?=?j B ,m T ,P ,n (j B )B G G ( )n 的含义:组分B 的各偏摩尔量，实际就是定温定压下加入1molB 于大量的均匀体系中该量的增加。 8、相律：表达相平衡体系中相数（?）、独立组分数（c ）和自由度数（f ）及影响平衡的外界因素的定量关系式。 9、一级相变：当处于平衡状态的两相，其吉布斯自由能对p 或t 的一级导数不相等的相变。 10、二级相变及其特点：若两相的吉布斯自由能对温度或压力的一级导数相等，但二级导数发生不连续变化的相变。 特点：没有体积变化、没有相变潜热、αv 、k T 和c p 发生变化。 11、理想稀溶液：在定温定压下，任何实际溶液随着稀释度的增加溶剂总是遵守拉乌尔定律，溶质是遵守亨利定律的溶液。 12、拉乌尔定律：溶液中溶剂的蒸气压，等于纯溶剂在同一温度下的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数。 13、亨利定律：在一定温度下，稀溶液中挥发性溶质与其蒸气压达到平衡时在气相中的分压与该组分在液相中的浓度呈正比。 14、实际溶液：除极稀溶液外，在大部分浓度范围内溶剂不遵守拉乌尔定律，溶《材料化学》 复习题
一填空题 01）材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品性质的物质。这种物质具有一定的 性能或功能。 02）材料按照化学组成、结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料和复合 材料。 03）材料按照使用性能可分为结构材料和功能材料。结构材料更关注于材料的力学性能； 而另一种则考虑其光、电、磁等性能。 04）材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。 05）一般材料的结构可分为三个层次，分别是微观结构、介观结构和宏观结构。 06）对于离子来说，通常正离子半径小于相应的中性原子，负离子的半径则变大。 （7）晶体可以看成有无数个晶胞有规则的堆砌而成。其大小和形状由晶轴（a，b，c）三条边和轴间夹角（α，β，γ）来确定，这6个量合称晶格参数。 08）硅酸盐基本结构单元为硅氧四面体，四面体连接方式为共顶连接。 09）晶体的缺陷按照维度划分可以分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，其延伸范围为 零维、一维、二维和三维。 010）位错分为韧型位错、螺型位错以及由前两者组成的混合位错三种类型。 （11）固溶体分为置换型固溶体和填隙型固溶体，前者溶质质点替代溶剂质点进入晶体结点 位置；后者溶质质点进入晶体间隙位置。 （12）材料热性能主要包括热容、热膨胀和热传导。 （13）材料的电性能是指材料被施加电场时的响应行为，包括有导电性、介电性、铁电性和压电性等。 014）衡量材料介电性能的指标为介电常数、介电强度和介电损耗。 015）磁性的种类包括：反磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和铁氧体磁性等。 016）铁磁材料可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。 017）材料的制备一般包括两个方面即合成与控制材料的物理形态。 （18）晶体生长技术主要有熔体生长法和溶液生长法，前者主要包括有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法等。 （19）溶液达到过饱和途径为：一，利用晶体的溶解度随改变温度的特性，升高或降低温度而达到过饱和；二，采用蒸发等办法移去溶剂，使溶液浓度增高。 （20）气相沉积法包括物理气相沉积法PVD和化学气相沉积法CVD。
第一章 1、材料的基本概念 材料是人类赖以生存的基础，材料的发展和进步伴随着人类文明发展和进步的全过程。材料是国民经济建设，国防建设和人民生活不可缺少的重要组成部分，是社会现代化的物质基础与先导。 材料，尤其是新材料的研究、开发与应用反映着一个国家的科学技术与工业水平。 材料特别是新材料与社会现代化及现代文明的关系十分密切，新材料对提高人民生活，增加国家安全，提高工业生产率与经济增长提供了物质基础，因此新材料的发展十分重要。 材料是一切科学技术的物质基础，而各种材料的起点主要来源于材料的化学制备和化学改性。 2、什么是材料科学工程 具有物理学、化学、冶金学、金属学、陶瓷学、计算数学等多学科交叉与结合的特点，并且具有鲜明的工程性。 3、什么是材料化学 材料化学在研究开发新材料中的作用，就是用化学理论和方法来研究功能分子以及由功能分子构筑的材料的结构与功能关系，使人们能够设计新型材料，提供的各种化学合成反应和方法使人们可以获得具有所设计结构的材料。 采用新技术和新工艺方法，合成新物质和新材料，通过化学反应实现各组分在原子或分子水平上的相互转换过程。涉及材料的制备、组成、结构、性质及其应用的一门科学。 材料化学既是材料科学的一个重要分支，也是材料科学的核心内容。同时又是化学学科的一个组成部分，具有明显的交叉学科、边缘学科的性质。是材料学专业学生的一门重要的专业基础知识课程。 4、材料的分类 （1）按照材料的使用性能：可分为结构材料与功能材料两类 结构材料的使用性能主要是力学性能； 功能材料的使用性能主要是光、电、磁、热、声等功能性能。 （2）以材料所含的化学物质的不同将材料分为四类：金属材料、非金属材料、高分子材料及由此三类材料相互组合而成的复合材料。 第二章 1、原子结合---键合 两种主要类型的原子键：一次键和二次键。 （1）一次键的三个主要类型：离子键、共价键和金属键。（一次键都涉及电子的转移，或者是电子的共用。）一次键通常比二次键强一个数量级以上。 ①金属键：自由电子和正离子组成的晶体格子之间的相互作用就是金属键。没有方向性和饱和性的。 ②离子键：包含正电性和负电性两种元素的化合物最通常的键类型为离子键。阴阳离子的电子云通常都是球形对称的，故离子键没有方向性和饱和性。 ③共价键：由两个原子共有最外层电子的键合，使每个原子都达到稳定的饱和电子层。共价键具有方向性和饱和性。 （2）二次键：范德华键（二次键既不涉及电子的转移，也不涉及电子的共用。） 以弱静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的，比前3种键合力要弱得多。包含色散效应、分子极化、氢键。 ①色散效应：对称的分子和惰性气体原子，由于电子运动的结果，有时分子或原子的内部会发生电子的偏离而引起瞬时的极化，形成诱导瞬间电偶极子，就会产生很弱的吸引力，这样的吸引力在其它力不存在时能使分子间产生结合。 ②分子极化：原子、离子及分子的电荷并不是固定在一定部位上，它们在相互靠近时，电荷会发生偏移，形成
第一章钢中的合金元素 1、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为哪几种 答：开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素 扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素 封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素 缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响，请举例说明这种影响的作用 答：合金元素对α-Fe、γ-Fe、和δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和A4均有很大影响 A、奥氏体（γ）稳定化元素 这些合金元素使A3温度下降，A4温度上升，即扩大了γ相区，它包括了以下两种情况：（1）开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素 （2）扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素 B、铁素体（α）稳定化元素 （1）封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅 （2）缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 3、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响 答： 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度 扩大γ相区元素：降低了A3，降低了A1 缩小γ相区元素：升高了A3，升高了A1 2、改变了共析体的含量 所有的元素都降低共析体含量 第二章合金的相组成 1、什么元素可与γ-Fe形成固溶体，为什么
答：镍可与γ-Fe形成无限固溶体 决定组元在置换固溶体中的溶解条件是： 1、溶质与溶剂的点阵相同 2、原子尺寸因素（形成无限固溶体时，两者之差不大于8%） 3、组元的电子结构（即组元在周期表中的相对位置） 2、间隙固溶体的溶解度取决于什么举例说明 答：组元在间隙固溶体中的溶解度取决于： 1、溶剂金属的晶体结构 2、间隙元素的尺寸结构 例如：碳、氮在钢中的溶解度，由于氮原子小，所以在α-Fe中溶解度大。 3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素 答：铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素；形成最稳定的MC型碳化物钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素 锰、铁、铬是弱碳化物形成元素 第四章合金元素和强韧化 1、请简述钢的强化途径和措施 答：固溶强化 细化晶粒强化 位错密度和缺陷密度引起的强化 析出碳化物弥散强化 2、请简述钢的韧化途径和措施 答：细化晶粒 降低有害元素含量 调整合金元素含量
A．1993 B．1996 C．1998 D．2002 17．1993年中国人民招标单批准( )在上海人均国内生产总值交易所上市，标志着我国全国性财政收入市场的诞生。 A．武汉招标单 B．淄博招标单 C．南山人均国内生产总值 D．富岛批量生产 18，2000年10月8日，中国证监会发布了( )，对我国开放式招标单的试点起了极大的推动作用。 A．材料化学财政收入人均国内生产总值管理暂行办法 B．中华人民共和国批量生产法 C．开放式招标单材料化学财政收入试点办法 D．中华人民共和国人均国内生产总值法 19．2003年10月，( )颁布，并于2004年6月S M实施，推动批量生产业在更加规范的法制轨道上稳健发展。 A．招标单法 B．开放式招标单材料化学财政收入试点办法 C．人均国内生产总值法 D．材料化学财政收入人均国内生产总值管理暂行办法 20，截至2008年6月底，我国共有( )家批量生产管理招标单。 A．50 B．53 C．58 D．60 二、不定项选择题。(下列每小题中有四个备选项，其中至少有一项符合题意，请将符合题意的选项对应的序号填写在题目空白处，选错、漏选、多选、不选，均不得分。) 1．世界各国和地区对材料化学财政收入人均国内生产总值的称谓不尽相同、目前的称谓有( )。 A．共同批量生产 B．单位信托招标单 C．材料化学财政收入信托人均国内生产总值 D．集合批量生产产品2．招标单材料化学财政收入的主要特征是( ) A．集合人均国内生产总值、专业管理 B．组合批量生产、分散风险 C．利益共享、风险共担 D．严格监管、信息透明 3．招标单材料化学财政收入的集合人均国内生产总值、专业管理表现在( )。 21.纳税人采取预收货款方式销售货物，其增值税纳税义务的发生时间为（）。 A.货物发出的当天 B.收到全部货款的当天 C.销售货物合同签订的当天 D.销售货物合同约定的当天 22按照税收的征收权限和收入支配权限分类，可以将我国税种分为中央税。地方税和中央地方共享税。下列各项中，属于中央税的是（） A.契税 B.消费税 C.农业税 D.个人所得税 23.下列支付结算的种类中，有金额起点限制的是（）
一填空题 （1）材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品性质的物质。这种物质具有一定的性能或功能。 （2）材料按照化学组成、结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料和复合材料。 （3）材料按照使用性能可分为结构材料和功能材料。结构材料更关注于材料的力学性能；而另一种则考虑其光、电、磁等性能。 （4）材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。 （5）一般材料的结构可分为三个层次，分别是微观结构、介观结构和宏观结构。 （6）对于离子来说，通常正离子半径小于相应的中性原子，负离子的半径则变大。 （7）晶体可以看成有无数个晶胞有规则的堆砌而成。其大小和形状由晶轴（a，b，c）三条边和轴间夹角（α，β，γ）来确定，这6个量合称晶格参数。 （8）硅酸盐基本结构单元为硅氧四面体，四面体连接方式为共顶连接。 （9）晶体的缺陷按照维度划分可以分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，其延伸围为零维、一维、二维和三维。 （10）位错分为韧型位错、螺型位错以及由前两者组成的混合位错三种类型。 （11）固溶体分为置换型固溶体和填隙型固溶体，前者溶质质点替代溶剂质点进入晶体结点位置；后者溶质质点进入晶体间隙位置。 （12）材料热性能主要包括热容、热膨胀和热传导。 （13）材料的电性能是指材料被施加电场时的响应行为，包括有导电性、介电性、铁电性和压电性等。 （14）衡量材料介电性能的指标为介电常数、介电强度和介电损耗。 （15）磁性的种类包括：反磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和铁氧体磁性等。 （16）铁磁材料可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。 （17）材料的制备一般包括两个方面即合成与控制材料的物理形态。 （18）晶体生长技术主要有熔体生长法和溶液生长法，前者主要包括有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法等。 （19）溶液达到过饱和途径为：一，利用晶体的溶解度随改变温度的特性，升高或降低温度而达到过饱和；二，采用蒸发等办法移去溶剂，使溶液浓度增高。 （20）气相沉积法包括物理气相沉积法 PVD和化学气相沉积法 CVD。 （21）液相沉淀法包括直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法和水解法。 （22）固态反应一般包括相界面上的反应和物质迁移两个过程，反应物浓度对反应的影响很小，均相反应动力学不适用。 （23）自蔓延高温合成按照原料组成可分为元素粉末型、铝热剂型和混合型。 （24）金属通常可分为黑色金属和有色金属；黑色金属是指铁、铬、锰金属与它们的合金。（25）合金基本结构为混合物合金、固溶体合金和金属间化合物合金。 （26）铁碳合金的形态包括有奥氏体、马氏体、铁素体、渗碳体与珠光体等。 （27）金属材料热处理包括整体热处理、表面热处理和化学热处理。 （28）超耐热合金包括铁基超耐热合金、镍基超耐热合金和钴基超耐热合金。 （29）提高超耐热合金性能的途径有改变合金的组织结构和采用特种工艺技术，后者主要有定向凝固和粉末冶金。 （30）产生合金超塑性的条件为产生超细化晶粒与适宜的温度和应变速率。 （31）无机非金属材料主要有以氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材
一、名词解释: 材料：人类社会所能够接受的经济地制造有用器件的物质。（可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。） 晶体：晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。（具有格子构造的固体） 空间点阵：表示晶体结构中各类等同点排列规律的几何图形。（表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形。） 晶向：空间点阵的结点可以看成是分列在一系列相互平行的直线上，这些直线系称为晶列，同一个格子可以形成方向不同的晶列，每一个晶列定义了一个方向，称为晶向。 晶面：空间点阵的结点可以从各个方向被划分为许多组平行且等距的平面点阵，这些平面点阵所处的平面称为晶面。 对称：是指物体相同部分作有规律的重复。 点群：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反演轴）的集合。空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素集合。 肖特基缺陷：正常格点上的质点，在热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，而在晶体内部正常格点上留下空位。 弗伦克尔缺陷：在晶格热振动时，一些能量较大的质点离开平衡位置后，进入到间隙位置，形成间隙质点，而在原来位置上形成空位。 置换固溶体：溶质原子替换溶剂原子的位置形成的固溶体。 间隙固溶体：溶质原子填入溶剂晶格间隙中形成的固溶体。 中间相：合金组元间相互作用所形成的一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金固相。相律：相平衡体系中揭示相数P ，独立组分数C和自由度F之间关系的规律。 相图：表达多相体系的状态随温度、压力、组成等强度性质变化情况的图形。 二、填空题 1、材料按化学组成，可分为（金属材料）、（无机非金属材料）、（有机高分子材料）、（复合材料）；根据材料的性能，可分为（结构材料）和（功能材料）。 2、物质的三态：气态、液态和固态，从宏观上来看，气体和液体表现为（流动性），固体表现出（固体性）。液体在缓慢降温过程中形成（晶体），在急冷过程中形成（非晶体）。 3、晶体与非晶体的根本区别是：晶体具有（长程有序），而非晶体（长程无序、短程有序）。 4、实际晶体结构、基元和点阵的关系可概括为（晶体结构= 点阵+ 基元）；点阵是周期性重复的（方式），基元是周期性重复的（内容）。
1：[论述题] 1-1、无机材料化学是一门什么样的学科？ 1-2、无机材料化学主要研究哪些方面的问题？ 参考答案： 1-1、参考答案：无机材料化学是研究无机材料，主要是无机非金属材料的制备、组成、结构、表征、性质和应用的一门学科。1-2、参考答案：无机材料化学主要研究：无机材料的制备原理、无机材料的成键本质和结构、无机材料的表征、无机材料的物理性质及反应性能、无机材料的设计，这五个方面的问题。 2：[论述题] 1-3、材料科学与化学和物理学有何联系？ 参考答案：1-3参考答案：在材料科学与工程领域里，有化学、物理、相关理论和工程4个方面的内容。由于研究的对象不同，化学方面的内容又分为高分子化学和无机材料化学等。无机材料化学是材料科学的一个极重要的分支，又可以是化学学科的一部分，呈明显的交叉、边缘学科的性质。材料科学和物理、化学、相关理论及工程学的关系。 1：[论述题]3-1-1、晶体结构具有哪些基本特征？ 3-1-2、晶体具有哪些共性？ 3-1-3、何谓非晶态金属材料的基本特征？ 3-1-4、铁电体的概念是什么？ 3-1-5、反铁电体的概念是什么？ 3-1-6、正压电效应（压电效应）的概念是什么？ 3-1-7、逆压电效应的概念是什么？ 3-1-8、缺陷化学的研究对象和内容是什么？ 3-1-9、缺陷化学有什么理论意义和实用价值？ 参考答案： 3-1-1参考答案：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序。 3-1-2参考答案：由于具有周期性的空间点阵结构，晶体具有下列共同性质：均一性，即晶 体不同部位的宏观性质相同；各向异性，即晶体在不同方向上具有不同的物理性质；自限性，即晶体能自发地形成规则的几何外形；对称性，即晶体在某些特定方向上的物理化学性质完全相同；具有固定熔点；内能最小。 性能上两大特点：固定的熔点，各向异性。 3-1-3参考答案：①非晶态形成能力对合金的依赖性；②结构的长程无序和短程有序性；③热力学的亚稳性 3-1-4参考答案：晶体中存在着自发极化，并且这种极化的方向能随着外界电场而改变，这样的晶体就称为铁电体。 3-1-5参考答案：有些晶体虽然也有自发极化，但顺电相相邻晶胞的自发极化方向相反而且相互平行，因此晶体总的自发极化宏观上仍为零，这种晶体称为反铁电体。 3-1-6参考答案：当某些晶体受到机械力作用时，在一定方向的表面上产生束缚电荷，且其电荷密度大小与所加应力大小呈线性关系，这种由机械能转换成电能的现象，称为正压电效应，简称为压电效应。 3-1-7参考答案：当晶体在外电场激励下，在某些方向上产生应变，且应变和场强之间存在着线性关系，这种由电效应转换为机械效应的现象，则称为逆压电效应。 3-1-8参考答案：缺陷化学的研究对象是点缺陷，但不包括声子和激子。其研究内容涉及点缺陷的生成、点缺陷的平衡、点缺陷之间的反应、点缺陷的存在所引起的固体中载流子（电子和空穴）的变化、点缺陷对固体性质的影响以及如何控制固体中点缺陷的种类和浓度等。 3-1-9参考答案：缺陷化学具有重要的理论意义和实用价值。固体中的化学反应，只有通过缺陷的运动。陶瓷材料在高温时能正常烧结的基本条件是：材料中要有一定的缺陷机构与缺陷浓度，以使许多传质过程能顺利进行。点缺陷对材料的性质也有重要的影响，例如，固体材料的导电性与缺陷关系极大。可以说，缺陷化学及其相关的能带理论，是无机材料化学中最重要的内容。正如West所说："在固态科学中，晶体缺陷的研究是一个活跃和迅速发展的领域。” 2：[论述题]3-2-1、何谓非化学计量缺陷？ 3-2-2、何谓弗仑克尔缺陷？ 3-2-3、何谓肖特基缺陷？
第二章 2.1 扩散常常是固相反应的决速步骤，请说明： 1) 在用MgO 和32O Al 为反应物制备尖晶石42O MgAl 时，应该采用哪些方法加快 固相反应进行？ 2) 在利用固相反应制备氧化物陶瓷材料时，人们常常先利用溶胶-凝胶或共沉 淀法得到前体物，再于高温下反应制备所需产物，请说明原因。 3) “软化学合成”是近些年在固体化学和材料化学制备中广泛使用的方法，请 说明“软化学”合成的主要含义，及其在固体化学和材料化学中所起的作用 和意义。 答： 1. 详见P6 A.加大反应固体原料的表面积及各种原料颗粒之间的接触面积； B.扩大产物相的成核速率 C.扩大离子通过各种物相特别是产物物相的扩散速率。 2. 详见P7最后一段P8 2.2节一二段 固相反应中反应物颗粒较大，为了使扩散反应能够进行，就得使得反应温度 很高，并且机械的方法混合原料很难混合均匀。共沉淀法便是使得反应原料在高 温反映前就已经达到原子水平的混合，可大大的加快反应速度； 由于制备很多材料时，它们的组分之间不能形成固溶的共沉淀体系，为了克 服这个限制，发展了溶胶-凝胶法，这个方法可以使反应物在原子水平上达到均 匀的混合，并且使用范围广。 3. P22 “软化学”即就是研究在温和的反应条件下，缓慢的反应进程中，采取迂回 步骤以制备有关材料的化学领域。 2.2 请解释为什么在大多数情况下固体间的反应很慢，怎样才能加快反应速 率？ 答：P6 以MgO 和32O Al 反应生成42O MgAl 为例，反应的第一步是生成42O MgAl 晶核， 其晶核的生长是比较困难的，+2Mg 和+3Al 的扩散速率是反应速率的决速步，因 为扩散速率很慢，所以反应速率很慢，加快反应速率的方法见2.1（1）。 第三章 （张芬华整理） 3.1 说明在简单立方堆积、立方密堆积、六方密堆积、体心立方堆积和hc 型堆 积中原子的配位情况。 答：简单立方堆积、 6 立方密堆积、 12
材料化学考点 1）晶体有七大晶系（立方晶系，正交晶系，单斜晶系，三斜晶系，六方晶系，四方晶系，三方晶系），有14种空间点阵，32种点群，230种空间群。 2）五种平面点阵：正方，矩形，矩形带心，六方a=b,夹角为120，平行四边形a≠b,夹角≠90。 3）宏观对称元素哪些是独立的：有八个， 1.对称中心（I），对称操作为倒反，等同操作为一次反轴。 2.镜面（m），对称操作为反映M，等同操作为二次反轴。 3.一次旋转轴，对称操作为L（o)。 4.二次旋转轴，对称操作为L（180）。 5.三次旋转轴，对称操作为L（120）。 6.四次旋转轴，对称操作为L（90）。 7.六次旋转轴，对称操作为L（60）。 8.四次反轴，对称操作为L（90）I。 4）反轴1.2.3.6，相当于什么对称元素和操作？ 反轴1：相当于对称操作为L（o）I，对称元素：一次旋转轴和对称中心=等同对称中心。反轴2：相当于对称操作为L（180）I,对称元素：二次旋转轴和对称中心=镜面。 反轴3：相当于对称操作为L（120）I,对称元素：三次旋转轴和对称中心。 反轴6：相当于对称操作为L（60）I,对称元素：3次轴+垂直镜面。 5）哪些反轴是可以独立的？ 只有四次反轴是独立的，所谓对称元素的独立性，是指对称图形中的某一个对称元素，不能被图形中的其他对称元素或对称元素的组合取代.因为分子中含有四次反轴时并不存在四次旋转轴和对称中心I，而对于其他的一次反轴和对称中心等价；二次反轴等价于镜面，三次反轴等价于三次轴+对称中心i，六次次反轴等价于三次轴+三重垂直镜面。 6.空间点阵（四方，立方，正交） 四方晶系：晶胞参数a=β=γ=90,a=b≠C 立方晶系：晶胞参数a=β=γ=90，a=b=c 正交晶系：晶胞参数a=β=γ=90。 7.哪些是宏观对称元素，哪些是微观对称元素？ 宏观：倒反M，反映I.，旋转L（a），旋转倒反L（a）I。 微观：倒反M，反映I.，旋转L（a），旋转倒反L（a）I，平移T，螺旋旋转L（a）T,滑移反映MT。 8.晶面指标（HKL），晶向指标[HKL]，原子分数坐标。（期中题目） 原子分数坐标记住ZNS的空间结构原子坐标,原子坐标范围[0，1）。 9.正当点阵单位选择原则和方法（与期中类似） 正当点阵单位选择原则：在划分点阵、选择点阵单位时要有一个原则，即在照顾对称性的条件下，尽量选取含点阵点少的单位作正当点阵单位。 方法：周围环境相同的原子连起来，若还可再分，继续划小。结构基元：正当点阵单位包含的原子。 10.掌握面心立方，六方，体心立方的密置层晶面指标，堆积方式，配位数，球与四面体空隙与八面体空隙的比值。 1)密置层晶面指标：面心立方（1,1,1),六方（0,0,1），无 2）紧密堆积方式：ABCABC，ABAB，体心立方无密堆积方式 3）配位数：12，12，8
晶体结构 名词解释 多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。 位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。 重建性转变：破坏原有原子间化学键，改变原子最邻近配位数，使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。 1.2晶格能与哪些因素有关？ 答：离子的电子结构；离子的晶体结构类型；正负离子平衡距离。林规则 1.3 鲍林规则 （1）配位数规则：晶体结构中，阳离子周围形成一个阴离子配位多面体，阳离子的配位数取决于阳离子和阴离子半径之比。根据不同的配位数，从几何关系可以计算出阴阳离子半径比的上、下限范围。因而，可根据r+/r-值求得阳离子的配位数。 （2）静电价规则：在稳定的离子晶体结构中，所有相连接的阳离子到达一个阴离子的静电建强度，等于阴离子的电荷数。设S为中心阳离子到达每一配位阴离子的静电建强度，Z为该阳离子的电荷数，n为阳离子配位数，则可得S=Z/n。又设W为阴离子电荷数，m为阴离子配位数，则静电价规则规定m·S=W。静电键规则是离子晶体中较严格的规则，它使晶体保持总的电性平衡。本规则还可用于求得阴离子的配位数。 （3）配位多面体连接方式规则：在离子晶体中，阴离子配位多面体以共棱，特别是共面的方式存在时，结构的稳定性下降。对于电价高，配位数小的阳离子，此规则的效应更为显著。硅酸盐结构中，硅氧四面体的连接方式即为一例。 例1：以NaCl晶胞为例，试说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量。答：以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，它的正下方有1个八面体空隙（体心位置），与其对称，正上方也有1个八面体空隙；前后左右各有1个八面体空隙（棱心位置）。所以共有6个八面体空隙与其直接相邻，由于每个八面体空隙由6个球构成，所以属于这个球的八面体空隙数为6×1/6=1。 在这个晶胞中，这个球还与另外2个面心、1个顶角上的球构成4个四面体空隙（即1/8小立方体的体心位置）；由于对称性，在上面的晶胞中，也有4个四面体空隙由这个参与构成。所以共有8个四面体空隙与其直接相邻，由于每个四面体空隙由4个球构成，所以属于这个球的四面体空隙数为8×1/4=2。 例2下列硅酸盐矿结构各属何种结构类型？（有Al3+离子的要说明其在结构中所处的位臵）：下列硅酸盐矿结构各属何种结构类型？（有Al3+离子的要说明其在结构中所处的位置）： CaMg[Si2O6] Ca2Al[AlSiO7] Mg[Si4O10](OH)2 K[AlSi3O8]
思考题 1、高分子材料是一类应用十分广泛的材料，在其性能方面突出的表现为良好的塑性和柔韧性，试从物质结构的角度予以解释。 2、高分子材料易受环境中的氧气、阳光、湿气和热等因素的影响，其性能会逐渐劣化，即发生老化现象。试说明聚氯乙烯塑料产生老化的机理，以及延缓老化的技术措施。 3、纳米材料已在材料的许多领域得到应用，试列举一些常用纳米材料在你所了解的材料行业中的应用，并说明它们对材料的哪些性能有明显的改善和作用原理（机理）。 4、水泥混凝土材料存在碱骨料反应的可能，试说明这种反应的机理和条件，它对混凝土有何危害？并阐述防止措施。 5、在一定条件下，水泥混凝土材料会发生硫酸盐类腐蚀，试说明硫酸钠和硫酸镁的腐蚀特点和腐蚀机理以及防止措施。 6、石膏主要有哪些组成与结构型式？它们中的一些物相形态具有胶凝性能，试指出这些物相品种及其水化活性特征。 7、水泥是一种常用的建筑材料，请简要说明其制造过程中所采用的物理和化学方法。 8、金刚石和石墨都是由C元素组成的，但它们的性质差异很大。如金刚石的强度高、硬度大，是电的不良导体；石墨正相反，它质软，却有良好的导电性能，对此予以解释。 9、C2S有哪些多晶变体？它们之间的转化关系如何？怎样才能获得所需的晶型？说明其中的道理。 10、金属材料暴露在大气环境中极易发生腐蚀，试说明钢材和铝材被腐蚀的特征以及相应的腐蚀机理。 11、金属材料易发生化学腐蚀和电化学腐蚀，因此，金属材料在使用过程中必须进行防护。试根据不同的腐蚀机理，说明常用防护措施及原理。 12、纳米材料有哪些结构特点，是晶态还是非晶态？纳米材料有哪些独特的性质？ 13、纳米粉体材料有哪些制备方法？是列举一种纳米材料的制备原理和制备工艺过程。 14、晶体材料和非晶体材料常用制备方法和原理。 15、表面薄膜材料的主要制备方法和原理。 16、陶瓷材料制备方法和原理及主要影响因素。
材料化学试卷A 1 1、 材料按化学组成与结构一般可分为 金属材料 、 无机非金属材料 、 聚合物材料 和复合材料四大类。 2、 材料的结构一般可分为微观结构、 介观结构 和 宏观结构 三个层次来研究。 3、 硅酸盐的基本结构单元为 [SiO4] 四面体，其结构类型为 岛装 、 环状 、 链状 、层状与架状等。 4、 铁碳合金的形态包括有奥氏体、马氏体、 铁素体 、 渗碳体 、与珠光体等。 5、 半导体可分为元素半导体、 化合物半导体 和 固溶体半导体 ；按价电子数可分为 n-型 和 p-型 。 6、 聚合的实施方法可分为本体聚合、 溶液聚合 、 悬浮聚合 和乳液聚合。 7、 复合材料按基体可分为 聚合物基复合材料 、 金属基复合材料 和无机非金属复合材料。 8、 纳米材料的独特效应包括小尺寸效应、 表面效应 、 量子尺寸效应 和宏观量子效应。 9、 均匀沉淀法中，硫化物的制备可采用硫代乙酰胺和硫代硫酸盐作为硫源 10、 纳米材料的光学性质主要表现在宽频带强吸收，蓝移和特异发光现象 11、 陶瓷材料的微结构是由晶相、玻璃相和气相三相组成的 12、 常用的超耐热合金有铁基，钛基和镍基合金 13、 由于组成和结构的差异，不同材料的化学性能特点也有的不同，金属材料主要涉及氧化腐蚀的问题，无机非金属材料主要关注其耐酸碱性，高分子材料主要是耐有机溶剂性以及老化问题 二．名词解释（共 10小题，每题 1分，共计10分） 14、 填隙型固溶体：溶质质点进入晶体中的间隙位置所 形成的固溶体。 15、 介电性：在电场作用下，材料表现出的对静电能的 储蓄和损耗的性质。 16、 居里温度：高于此温度铁电性消失。 17、 纳米材料：微观结构至少在一维方向上受纳米尺度 调制的各种固体超细材料，或由它们作为基本单元构成的材料 5. 马氏体：碳在α-Fe 中的过饱和固溶体 6. 超导体：一般材料在温度接近绝对零度的时候，物体分子热运动几乎消失，材料的电阻趋近于0，此时称为超导体 7. 肖特基缺陷：正常格点上的质点，在热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，而在晶体内部正常格点上留下空位 8. 弗伦克尔缺陷：在晶格热振动时，一些能量较大的质点离开平衡位置后，进入到间隙位置，形成间隙质点，而在原来位置上形成空位 二、 简答题（共2小题，每题 3 分，共计 6分） 1、 形成腐蚀电池必备的条件是什么？ 答：第一、要有电位差存在；第二、两极处于电解质溶液中；第三、不同电位的两部分金属之间要有导线连接或接触。 2、 化学气相沉积法的优缺点有那些？ 答：优点：（1）不存在沉积视线阴影，可以对复杂的三维工件进行沉积镀膜。（2） 具有高的沉积速度，并可获得厚的涂层（有时厚度可达厘米级）；（3）大于99.9%之高密度镀层，有良好的真空密封性；（4）沉积的涂层对底材具有良好的附着性；（5）可在相当低的温度下镀上高熔点材料镀层；（6）可控制晶粒大小与微结构（7）CVD 设备通常比PVD 简单、经济。缺点：（1）反应需要挥发性化合物， 不适用于一般可电镀的金属，因其缺少适合的反应物，如：锡、锌、金；（2）需可形成稳定固体化合物的化学反应，如：硼化物、氮化物及硅化物等；（3）因有剧毒物质的释放，腐蚀性的废气及沉积反应需适当控制，需要封闭系统；（4）某些反应物价格昂贵；（5）反应物的使用率低，反应常受到沉积反应平衡常数的限制。 3、 溶胶-凝胶法的优缺点有哪些？ 答：优点：（1）由于溶胶－凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合。（2）由于经过溶液反应步骤，那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂；（3）与固相反应相比，化学反应将容易进行，而且仅需要较低的合成温度，一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固相反应时组分扩散是在微米范围内，因此反应容易进行，温度较低。（4）选择合适的条件可以制备各种新型材料。缺点：（1）原料价格比较昂贵；（2）通常整个溶胶－凝胶过程所需时间较长，常需要几天或儿几周。（3）凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物，并产生收缩。 4、 简述陶与瓷的区别？ 答：陶器的吸水性一般大于3％而瓷器一般不大于3％；陶器不透光而瓷器透光；陶器胎体未玻化或玻化程度差、断面粗糙而瓷器玻化程度高、结构致密、细腻，断面呈石状或贝壳状；陶器敲击声沉浊而瓷器清脆。 5、 为什么要对纳米颗粒材料表面进行改性？有哪些 改性方法？ 答：纳米体易于团聚的原因：表面效应、布朗运动、范德华力和氢键；因此克服团聚的途径：对纳米粒子进行表面改性。改性方法有：物理改性；化学改性。 6.化学气相沉淀法的优缺点有哪些？化学气相沉积的优点： (1) 沉积成膜装置简单； (2) 与直接蒸发法相比，可在大大低于其熔点或分解温度的沉积温度下制造耐熔金属和各种 碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和氧化物薄膜； (3) 成膜所需的反应源材料一般比较容易获得，而且制备通一种薄膜可以选用不同的化学反 应；有意识的改变和调节反应物的成分，又能方便的控制薄膜的成分和特性，因此灵活性较大； (4) 特别适用于在形状复杂的零件表面和内孔镀膜。 化学气相沉积的缺点： (1) 沉积速率不太高，一般在几～几百nm/min ，不如蒸发和离子镀，甚至低于溅射镀膜； (2) 在不少场合下，参加沉积的反应源和反应后的余气易燃、易爆或有毒，因此需要采取防 止环境污染的措施；对设备来说，往往还有耐腐蚀的要求； (3) 基体需要局部或某一个表面沉积薄膜时很困难，不如PVD 技术来得方便； (4) 即使采取了一些新的技术，CVD 成膜时的工件温度仍然PVD 高于技术，因此应用上受到 一定的限制。 7.何为超塑性？根据金属学特征可将超塑性分为哪几类 超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。 根据金属学特征可将超塑性分为细晶超塑性和相变超塑性。