中国矿业大学材料导论知识点与习题
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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]μm(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/mol2.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。
第一章1、冶炼过程的定义、实质、步骤?定义:高温下元素的分离和浓缩过程。
实质:从由氧化物、硫化物构成的矿石以及其他精制原料中分离提取某种有用金属,再经过精炼后制成金属的物理化学过程。
步骤:(1)把矿石粉碎分离,经过筛选获得含有某种金属的高品位精矿,这一过程称为选矿过程;(2)对精矿进行高温物理化学处理,提取某种金属(粗金属)的冶炼过程;(3)去除粗金属中杂质的精炼、提纯过程。
2、说出熔化-凝固、离子交换、电解溶液与析出法精炼工艺原理?熔化-凝固:利用物质的熔点差,通过冷凝或者熔化过程去除杂质,从而获得较高纯度的某一物质。
离子交换:利用物质的选择系数差,通过离子交换过程去除杂质,提取所需的物质。
电解溶解与析出:利用物质的电解电压差,通过电解去除杂质,提取所需的物质。
3、详细分析区域精炼、挥发精炼的工艺原理?利用溶液中析出固体的现象,使其中一种成分浓缩、富聚的方法叫做区域精炼。
如图:*的液相和在温度T*下二元系的固相和液相处于平衡时,系统中溶质浓度C溶质浓度C S*的固相处于平衡且共存。
这时由于C L*> C S*,因此浓度为C L*的液相凝固时,在固-液界面析出浓度为C S*的固相。
这说明凝固过程中存在着溶质浓度升高(或降低)的可能性,从而造成明显的不均匀,即产生偏析。
当偏析系数1或者1时,就可以通过熔化或凝固过程去除杂质(精炼)从而获得较高纯度的某一物质。
4、ΔGθ-T图的应用,为何炼钢时,Si先氧化,C后氧化?杂质氧化去除而精炼金属不被氧化时为何杂质成分平衡线必须处于精炼金属下方,而且越远越好?铁熔化后的初始温度约为1300℃左右,由图可知,在这一温度下SiO2的位置比CO低,因此SiO2比CO稳定,反应初期Si优先氧化。
随着Si的氧化,温度不断升高,C的平衡线和Si的平衡线相交后,CO反而变得稳定,这时才开始被氧化。
利用氧化反应精炼金属时,最理想的结果应该是只把杂质成分氧化掉,而精炼的金属本身不被氧化。
大学材料导论知识点总结一、材料的基本概念1、材料的定义:材料是人类使用的各种原始、半成品和成品物质的统称。
它们通常包括金属、陶瓷、高分子材料、复合材料等,并且广泛应用于工业、建筑、医疗、航天航空等领域。
2、材料的分类:可以根据不同的属性将材料划分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
金属材料包括铁、铜、铝等金属元素及其合金;非金属材料包括陶瓷、高分子材料等;复合材料是由两种或两种以上不同种类的材料组成的混合材料。
3、材料的性能:材料的性能包括力学性能、物理性能、热学性能、电学性能、化学性能等。
在材料导论中,学生将学习如何通过实验或者理论计算等方法来评价和分析材料的各种性能。
二、材料的结构和性质1、金属材料的结构和性质:金属材料通常以金属原子通过金属键连接而成的结晶结构,具有良好的导电、导热、可塑性和韧性等性质。
在材料导论课程中,学生将学习如何通过晶体学和相变等知识来理解和分析金属材料的结构和性质。
2、非金属材料的结构和性质:非金属材料通常以共价键或者离子键连接而成的分子、离子或原子结构,具有较好的绝缘、耐热、耐腐蚀等性质。
学生将学习如何通过结构化学等知识来理解和分析非金属材料的结构和性质。
3、复合材料的结构和性质:复合材料由两种或两种以上不同种类的材料组成,它具有各种不同种类材料的优点,并且能够弥补各种不同种类材料的缺点。
在材料导论中,学生将学习复合材料的组成、制备方法、结构和性质等知识。
三、材料的应用和研究方法1、材料的应用:材料广泛应用于工业、建筑、医疗、航天航空等领域。
在材料导论课程中,学生将学习各种材料的应用领域、特点以及相关的工程实例。
2、材料的研究方法:为了解释和分析材料的结构与性质,学者们提出了许多研究材料性质的方法。
例如,X射线衍射、透射电镜、扫描电镜等方法可以用来研究材料的结构;拉伸实验、冲击实验、硬度实验等方法可以用来研究材料的力学性能。
在材料导论中,学生将学习这些研究方法的原理、应用和操作技巧。
材料科学基础复习题2014.12.15 1.结合键根据其结合力的强弱可分为哪两大类?各自分别包括哪些细类?P2一类是结合力较强的主价键(一次键),包括离子键,共价键,金属键;另一类是结合力较弱的次价键(二次键),包括范德华力和氢键。
2.国际上通常用什么来统一标定晶向指数和晶面指数?P9分别以什么表示?国际上用密勒指数(Miller)来标定。
分别以方括号和圆括号表示,即[uvw]和(hkl)。
3.什么叫点阵、晶胞、晶带、配位数、固溶体、孪晶、蠕变、应力松弛、合金、致密度、聚合度、近程结构、远程结构、复合材料、界面。
点阵(空间点阵):为了便于分析研究晶体中质点的排列情况,把它们抽象成规则排列于空间的无数个几何点,这些点可以是原子或分子的中心,也可以是彼此等同的原子群或分子群的中心,但各个点的周围环境必须相同。
这种点的空间排列就称为空间点阵。
P5晶胞:为了说明点阵排列的规律和特点,在点阵中取出一个具有代表性的单元作为点阵的组成单元,称为晶胞。
P5晶带:相交于同一直线的一组晶面组成一个晶带。
(晶带面、晶带轴)P12配位数:晶体结构中任一原子周围最相邻且等距离的原子数。
P21固溶体:固溶体是固体溶液,是溶质原子溶入溶剂中所形成的均匀混合的物质。
P25孪晶:孪生形变后,变形与未变形两部分晶体合称为孪晶。
P84蠕变:蠕变是指在恒温下对高分子材料快速施加较小的恒定外力时,材料的变形随时间而逐渐增大的力学松弛现象。
P279应力松弛:应力松弛是指在恒定温度和形变保持不变的情况下,高分子材料内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。
P279合金:是指由两种或两种以上的金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。
P25致密度:晶体结构中原子体积占总体积的分数。
P21聚合度:将高分子材料的结构单元总数称为聚合度。
P253近程结构:包括构造和构型。
P264远程结构:是指单个高分子链的大小和形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。
材料导论复习题《材料学导论》⽆机⾮⾦属材料、⾦属材料思考题⼀、填空(共10题,每题4分)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。
2、材料科学与⼯程的四要素是:成份/结构、制造⼯艺(或合成/加⼯)、性能、使⽤性能。
3、陶瓷材料是⼀种多晶多相材料,其相组成通常包括:晶相、玻璃相、⽓孔(或⽓相)。
4、根据有机、⽆机、⾦属材料拉伸应⼒-应变曲线知,三种材料的弹性模量E⼤⼩顺序为:陶瓷材料(或⽆机材料)>⾦属材料>有机⾼分⼦材料。
5、硅酸盐⽔泥熟料的化学组成是Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO。
6、玻璃的结构有很多假说,如微晶学说、凝胶学说、五⾓形对称学说、⾼分⼦学说等等,其中较为公认的晶⼦学说和⽆规则⽹络学说两种。
7、⾦属有80多种,但其常见的晶体结构有三种,分别是⾯⼼⽴⽅、密排六⽅、体⼼⽴⽅。
8、⾦属的强化机制有:形变强化、固溶强化、细晶强化、弥散强化、相变强化。
9、陶瓷材料具有很多优点,例如:低膨胀系数、低导热系数、化学稳定型⾼等,但是陶瓷材料的⼀个重要缺点是:脆性⾼(或韧性低或热稳定性差)。
10、将SiC制成砂轮和各种磨介是利⽤其具有⾼硬度的性质。
11、构成硅酸盐矿物最基本的结构单元是硅氧四⾯体或[SiO4]。
12、普通陶瓷⽣产必不可少的三种原料是:⽯英、长⽯、粘⼟。
13、耐⽕材料是指耐⽕度不低于1580℃(或≮1580℃)的⽆机⾮⾦属材料。
14、硅酸盐⽔泥的⽣产技术可概括为:两磨⼀烧。
15、不定形耐⽕材料因不经成型、不经烧结⽽得名。
16、普通硅酸盐⽔泥主要的四种矿物组成是:硅酸三钙(或C3S)、硅酸⼆钙(或C2S)、铝酸三钙(或C3A)、铁铝酸四钙(或C4AF)。
17、平板玻璃的成型⽅法有:浮法、平板法、垂直引上法。
18、硅酸盐(矿物)材料的基本类型有:岛状、组群状、链状、层状、架状。
它们是根据硅氧四⾯体在空间的不同连接⽅式进⾏分类的。
19、陶瓷材料的烧结技术有:普通烧结(或传统烧结)、热压烧结、反应烧结、热等静压烧结、液相烧结等。
1.材料的发展水平(5代):天然材料、烧炼材料、合成材料、可设计材料、智能材料。
2.材料的分类(5类):金属材料、非金属材料、合成材料、复合材料、功能材料。
3.非晶体与晶体的主要区别:非晶体结构具有长程无序、短程有序的特点,并且非晶体所属的状态属于热力学的亚稳定态。
而晶体的原子平衡位置形成一个平移的周期阵列,这种原子的位置显示生长程序。
4.晶体的宏观特征(4点):规则的几何外形、晶面角守恒、有固定熔点、物理性质的各向异性。
5.空间点阵的概念:空间点阵是实际晶体结构的数学抽象,是一种空间几何构图,它突出了晶体结构中微粒排列的周期性这一基本特点。
6.晶体的宏观对称性中心3种最基本的对称元素:转轴、镜面、反演中心;8种基本对称元素:1、2、3、4、6、i、m、4;n度旋转轴:一个晶体如果绕一轴旋转2π/n角度后能复原,则称这个轴为n度旋转轴。
7.晶体点阵缺陷的分类(4种):点缺陷(①肖特基缺陷:原子脱离正常晶格的格点位置移动到晶体表面的正常位置,在原格点上留下空位。
②间隙原子:一个原子从正常表面上的位置挤进完整晶格中的间隙位置。
③夫伦科尔缺陷:原子脱离正常晶体的格点位置而移动到间隙位置,形成空位和间隙原子。
)、线缺陷、面缺陷、体缺陷。
8.位错:①刃位错(是最简单的一种基本类型的位错,是在研究金属的范性中提出的。
它是在滑移面上局部滑移区的边界,且位错的方向与滑移方向垂直;从原子排列的状况来看,就如同垂直于滑移面插紧了一层原子的刃上)②螺位错(是一种基本类型的位错,可看成是局部滑移区的边界,其特点是位错和滑移的方向是相互平行的)。
9.固溶体的概念:合金中那些化学成分和晶体结构完全相同,且界面相互分开又彼此独立存在的均匀组成部分,称为合金相。
合金相又分为固溶相和中间相,其中固溶体又称为混晶,存在着广阔的固溶区范围,同时不符合化合物的定组分定律。
(如果碳原子挤到铁的晶格中去,又不破坏铁所具有的晶体结构,这样的物质成为固溶体)10.奥氏体(不锈钢材料)的概念:组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构:910℃以下,为具有体心立方晶格结构的α-铁,而910℃以上为具有面心立方的γ-铁。
大一材料导论知识点材料导论是一门介绍材料科学与工程的基础课程,旨在让学生对不同类型的材料及其特性有一个整体的了解。
本文将针对大一材料导论中的几个重要知识点进行介绍,帮助学生更好地理解和学习这门课程。
一、材料的分类与常用材料1. 材料的分类:金属材料、无机非金属材料、有机材料、复合材料等。
2. 常用金属材料:铁、铜、铝、钢等。
常用无机非金属材料:陶瓷、玻璃等。
常用有机材料:塑料、橡胶等。
常用复合材料:纤维增强复合材料、层层复合材料等。
二、常见材料性能与表征方法1. 机械性能:强度、硬度、韧性等。
常用的测试方法有拉伸试验、硬度测试等。
2. 热性能:熔点、热膨胀系数等。
常用的测试方法有差热分析法、热膨胀试验等。
3. 电磁性能:电导率、磁性等。
常用的测试方法有电导率测量、磁性测试等。
4. 光学性能:透光性、折射率等。
常用的测试方法有透光率测量、折射率测试等。
5. 化学性能:腐蚀性、稳定性等。
常用的测试方法有腐蚀试验、稳定性测试等。
三、材料的结构与组织1. 金属材料的结构与组织:晶格结构、晶体缺陷、晶体生长等。
2. 陶瓷材料的结构与组织:晶体结构、非晶态、多孔结构等。
3. 高分子材料的结构与组织:线性结构、支化结构、交联结构等。
4. 复合材料的结构与组织:纤维增强剂、基体材料、界面结构等。
四、材料加工与制备方法1. 金属材料的加工与制备方法:熔铸、轧制、锻造等。
2. 陶瓷材料的加工与制备方法:烧结、热压等。
3. 高分子材料的加工与制备方法:模塑、挤出等。
4. 复合材料的加工与制备方法:层层堆叠、纤维增强等。
五、材料应用领域1. 金属材料的应用领域:机械制造、建筑结构等。
2. 陶瓷材料的应用领域:陶瓷器皿、电子元器件等。
3. 高分子材料的应用领域:塑料制品、橡胶制品等。
4. 复合材料的应用领域:航空航天、汽车制造等。
总结:材料导论是大一学生必修的基础课程,通过学习这门课程,学生将对各种类型的材料有一个整体的了解和认识。
材料导论试题及答案一、选择题(每题2分,共10分)1. 下列哪种材料属于复合材料?A. 钢铁B. 塑料C. 陶瓷D. 碳纤维增强塑料答案:D2. 材料的硬度通常是指材料的:A. 弹性B. 韧性C. 强度D. 塑性答案:C3. 下列哪种材料是半导体材料?A. 铜B. 铝C. 硅D. 铁答案:C4. 金属材料的导电性能通常与以下哪个因素无关?A. 金属的纯度B. 金属的晶体结构C. 金属的密度D. 金属的晶格缺陷答案:C5. 陶瓷材料的主要优点是:A. 良好的导电性B. 良好的导热性C. 良好的绝缘性D. 良好的延展性答案:C二、填空题(每题2分,共10分)1. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗变形的能力。
答案:弹性2. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗断裂的能力。
答案:韧性3. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗永久变形的能力。
答案:强度4. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗塑性变形的能力。
答案:硬度5. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗压缩变形的能力。
答案:抗压强度三、简答题(每题5分,共20分)1. 简述金属材料的热处理过程。
答案:金属材料的热处理过程通常包括加热、保温和冷却三个阶段。
加热阶段使材料达到一定温度,保温阶段使材料内部结构发生变化,冷却阶段则使材料获得所需的组织和性能。
2. 什么是材料的疲劳强度?其影响因素有哪些?答案:材料的疲劳强度是指材料在重复或循环载荷作用下,经过一定次数的应力循环后发生断裂的最大应力值。
影响疲劳强度的因素包括材料的微观结构、表面状态、应力集中、温度以及载荷循环的频率等。
3. 请解释什么是材料的热膨胀系数。
答案:热膨胀系数是指材料在温度变化时,单位长度或单位体积的线性或体积变化量与温度变化量的比值。
它是衡量材料热膨胀性能的一个重要参数。
4. 简述塑料材料的加工方法有哪些。
答案:塑料材料的加工方法主要包括挤出成型、注射成型、吹塑成型、压缩成型、热成型等。
大一材料导论知识点总结
一、材料的基本概念和基本性能
1. 材料的概念和分类
2. 材料的结构与性能关系
3. 材料的物理性能
4. 材料的力学性能
5. 材料的化学性能
6. 材料的热学性能
7. 材料的电学性能
二、金属材料
1. 金属材料的概念
2. 金属材料的组织与性能
3. 金属材料的加工
4. 金属材料的腐蚀与防护
5. 金属材料的热处理
三、无机非金属材料
1. 陶瓷材料
2. 玻璃材料
3. 氟化物材料
4. 碳素材料
5. 硼硅氮材料
四、高分子材料
1. 高分子材料的概念
2. 高分子材料的结构与性能
3. 高分子材料的加工与应用
五、复合材料
1. 复合材料的概念
2. 复合材料的结构与性能
3. 复合材料的加工与应用
六、材料表面工程
1. 表面改性技术
2. 表面涂层技术
3. 表面功能化技术
七、功能材料
1. 光学材料
2. 磁性材料
3. 催化材料
4. 传感材料
5. 能源材料
总结:
本文总结了大一材料导论中的基本知识点,包括材料的基本概念和基本性能、金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、材料表面工程和功能材料等内容。
通过学习这些知识点,可以深入了解材料的性能和应用,为今后的材料科学研究和工程应用打下坚实的基础。
材料专业导论试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 材料科学主要研究材料的________。
A. 组成、结构、性能B. 制备、加工、应用C. 组成、结构、性能、制备、加工、应用D. 性能、应用答案:C2. 下列哪种材料不属于金属材料?A. 钢B. 铝C. 塑料D. 铜答案:C3. 以下哪种方法不是用来提高材料强度的?A. 冷加工B. 热处理C. 合金化D. 腐蚀答案:D4. 材料的硬度是指材料的________。
A. 抗拉强度B. 抗弯强度C. 耐磨性D. 抗冲击性答案:C5. 陶瓷材料通常具有哪些特性?A. 高熔点B. 低热导率C. 良好的电导性D. 以上都是答案:A6. 材料的疲劳是指材料在________下的性能退化。
A. 静态载荷B. 循环载荷C. 冲击载荷D. 拉伸载荷答案:B7. 聚合物材料的玻璃化转变温度是指材料从________状态转变为________状态的温度。
A. 玻璃态,高弹态B. 高弹态,玻璃态C. 玻璃态,液态D. 液态,玻璃态答案:A8. 材料的腐蚀是指材料与________发生反应的过程。
A. 氧气B. 水C. 酸、碱、盐D. 以上都是答案:D9. 金属材料的塑性变形是指在________作用下材料发生永久变形而不破裂。
A. 静载荷B. 动载荷C. 拉伸应力D. 压缩应力答案:C10. 材料的断裂韧性是指材料在________条件下抵抗裂纹扩展的能力。
A. 静态载荷B. 循环载荷C. 冲击载荷D. 拉伸应力答案:B二、填空题(每题2分,共20分)1. 材料科学中的“四要素”包括材料的组成、结构、________和性能。
答案:性能2. 金属材料的塑性变形可以通过________来实现。
答案:冷加工3. 材料的热处理过程包括加热、________和冷却。
答案:保温4. 材料的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和________。
答案:维氏硬度5. 陶瓷材料的脆性断裂是由于其内部存在的________。
材料导论考试题库和答案一、单项选择题1. 材料科学中,材料的基本属性不包括以下哪一项?A. 力学性能B. 热学性能C. 光学性能D. 经济性答案:D2. 以下哪种材料不属于金属材料?A. 钢B. 铝C. 陶瓷D. 铜答案:C3. 材料的微观结构对其宏观性能的影响主要体现在哪些方面?A. 力学性能B. 热学性能C. 电学性能D. 所有以上选项答案:D4. 材料的疲劳是指材料在什么条件下的性能退化?A. 静态载荷B. 循环载荷C. 随机载荷D. 冲击载荷答案:B5. 以下哪种材料具有最高的热导率?A. 铜B. 铝C. 银D. 金答案:C二、多项选择题6. 材料的力学性能包括哪些方面?A. 弹性B. 塑性C. 硬度D. 韧性答案:ABCD7. 以下哪些因素会影响材料的腐蚀速率?A. 材料成分B. 环境介质C. 温度D. 应力状态答案:ABCD8. 材料的断裂韧性是衡量材料抵抗哪种类型裂纹扩展的能力?A. 疲劳裂纹B. 应力腐蚀裂纹C. 环境诱导裂纹D. 所有以上选项答案:D9. 以下哪些是材料的热处理过程?A. 退火B. 淬火C. 正火D. 回火答案:ABCD10. 材料的电学性能包括哪些?A. 导电性B. 绝缘性C. 半导体性D. 超导性答案:ABCD三、判断题11. 材料的硬度越高,其耐磨性越好。
(对/错)答案:对12. 材料的断裂韧性与材料的韧性成正比。
(对/错)答案:对13. 材料的疲劳寿命可以通过增加材料的强度来无限提高。
(对/错)答案:错14. 材料的热膨胀系数越大,其热稳定性越好。
(对/错)答案:错15. 材料的导电性与其电导率成正比。
(对/错)答案:对四、简答题16. 简述材料的疲劳现象及其影响因素。
答案:材料的疲劳是指材料在循环载荷作用下的性能退化和最终断裂的现象。
影响材料疲劳的因素包括应力水平、循环次数、材料的微观结构、表面状态、环境介质等。
17. 描述材料的热处理过程中的退火、淬火和回火的区别。
1. 化学键(离子键、共价键、金属键)--主价键组合键氢键----介于范德华键和主价键之间物理键(范德华键)----次价键无机非金属结构主要包含:离子键、共价键和混合键无机非金属材料包括:离子晶体、共价晶体、混合晶体1.1.1 离子键定义:正负离子间的静电作用为离子键。
决定离子晶体的结构因素包括以下几个方面:离子半径、球体最紧密堆积程度、配位数、离子的极化形成两种空隙:四面体空隙和八面体空隙极化:带电离子所产生电场对另一离子的电子云发生作用,使离子大小形状发生改变,这种现象。
极化率:离子自身被极化的作用;极化力:极化周围离子的作用。
影响:1.共价键定义:由两个或者多个原子共同使用它们的外层电子,在理想情况下,达到电子饱和的状态,由此组成较为稳定和坚固的化学结构叫做共价键2.金属键性能特点:1)良好的导电性及导热性;2)正的电阻温度系数;3)良好的强度及塑性;4)特有的金属光泽。
3.范德华键分子间以微弱静电引力相引而结合在一起。
没有方向\饱和性例:NaCl 晶体中,已知Na+ 离子和Cl-半径分别为0.102nm 和 0.181nm ,确定正负离子的配位数并计算一个晶胞中有多少个NaCl 分子?解:配位数:R+/R_=0.102/0.181=0.56在0.414~0.732之间,可以确定Na: CN=6分子数 Na: ¼*12+1=4,Cl:1/8*8+1/2*6=4 ,即Z=4例:CsCl 晶体中,已知Cs+ 离子和Cl-半径分别为0.174nm 和 0.181nm ,确定正负离子的配位数并计算一 离子极化偶极 离子间距变化 离子配位数变化晶体结构类型变化个晶胞中有多少个CsCl分子?解:配位数 R+/R_=0.174/0.181=0.96在0.732~1之间,可以确定Cs: CN=8分子数 Cs: 1Cl:1/8*8=1 ,即Z=12、硅酸盐结构特点:① 结构中Si4+间没有直接的键,而它们是通过O2–连接起来的。
第一章材料与人类1.为什么说材料的发展是人类文明的里程碑?材料是一切文明和科学的基础,材料无处不在,无处不有,它使人类及其赖以生存的社会、环境存在着紧密而有机的联系。
纵观人类利用材料的历史,可以清楚地看到,每一种重要材料的发现和利用,都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平,给社会生产和人类生活带来巨大的变化。
2.什么是材料的单向循环?什么是材料的双向循环?两者的差别是什么?物质单向运动模式:“资源开采-生产加工-消费使用-废物丢弃”双向循环模式:以仿效自然生态过程物质循环的模式,建立起废物能在不同生产过程中循环,多产品共生的工业模式,即所谓的双向循环模式(或理论意义上的闭合循环模式)。
差别:单向循环必然带来地球有限资源的紧缺和破坏,同时带来能源浪费,造成人类生存环境的污染。
无害循环:流程性材料生产中,如果一个过程的输出变为另一个过程的输入,即一个过程的废物变成另一个过程的原料,并且经过研究真正达到多种过程相互依存、相互利用的闭合的产业“网”、“链”,达到了清洁生产。
3.什么是生态环境材料?生态环境材料是指同时具有优良的使用性能和最佳环境协调性能的一大类材料。
这类材料对资源和能源消耗少,对生态和环境污染小,再生利用率高或可降解化和可循环利用,而且要求在制造、使用、废弃直到再生利用的整个寿命周期中,都必须具有与环境的协调共存性。
因此,所谓环境材料,实质是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料,它是材料工作者在环境意识指导下,或开发新型材料,或改进、改造传统材料,任何一种材料只要经过改造达到节约资源并与环境协调共存的要求,它就应被视为环境材料。
4.为什么说材料科学和材料工程是密不可分的系统工程?材料科学与工程的材料科学部分主要研究材料的结构与性能之间所存在的关系,即集中了解材料的本质,提出有关的理论和描述,说明材料结构是如何与其成分、性能以及行为相联系的。
而另一方面,与此相对应,材料工程部分是在上述结构-性能关系的基础上,设计材料的组织结构并在工程上得以实施与保证,产生预定的种种性能,即涉及到对基础科学和经验知识的综合、运用,以便发展、制备、改善和使用材料,满足具体要求。
材料导论复习题材料导论复习题材料导论是一门涵盖广泛且重要的学科,它研究材料的结构、性质、制备方法以及应用等方面。
在工程、物理、化学等领域中,材料导论都扮演着重要的角色。
为了更好地复习材料导论,下面将提供一些复习题供大家参考。
一、选择题1. 下列哪种材料具有最低的热导率?A. 铝B. 铜C. 玻璃D. 木材2. 对于金属材料而言,以下哪个参数最能反映其抗拉强度?A. 硬度B. 屈服强度C. 延伸率D. 破断应变3. 下列哪种材料具有最高的电阻率?A. 银B. 铜C. 铝D. 石英4. 在材料的应力-应变曲线中,下列哪个参数代表了材料的刚度?A. 斜率B. 最大应力C. 塑性应变D. 断裂应变5. 以下哪种材料是一种聚合物?A. 铁B. 铝C. 聚乙烯D. 玻璃二、填空题1. 材料的晶格结构可以用________来描述。
2. 硬度是材料抵抗________的能力。
3. 金属的导电性是由于其________。
4. 混凝土是一种由水泥、骨料和________组成的复合材料。
5. 材料的断裂韧性可以通过________来评估。
三、简答题1. 请简述材料的密排度是什么,并说明其对材料性质的影响。
2. 请解释材料的晶格缺陷是指什么,以及晶格缺陷对材料性能的影响。
3. 请简要介绍传统陶瓷和高级陶瓷的区别,并列举各自的应用领域。
4. 请解释材料的热膨胀是指什么,并说明热膨胀对材料的影响。
5. 请简述金属材料的晶体结构,并说明晶体结构对金属材料性能的影响。
四、应用题1. 请设计一个实验,来测量不同金属材料的导热性能,并分析实验结果。
2. 请设计一个实验,来比较不同聚合物材料的强度,并分析实验结果。
3. 请设计一个实验,来观察材料的断裂韧性,并分析实验结果。
通过以上的复习题,我们可以对材料导论的知识进行回顾和巩固。
选择题可以帮助我们检验对基本概念的掌握程度,填空题则要求我们能够灵活运用所学知识。
简答题和应用题则需要我们对知识进行深入理解和应用。
材料导论复习填空:1.主价键类型有:离子键、共价键、金属键2.次价键类型有:氢键、范德华键3.决定离子晶体的结构因素包括:离子半径、球体最紧密堆积程度、配位数、离子的极化4.形成两种空隙:四面体空隙(4个球)和八面体空隙(6个球)5.MgO,CaO,SrO,BaO,CdO,MnO,FeO,CoO,NiO 氧化物具有NaCl型结构: 6.硅酸盐结构形式:岛状结构、组群状结构、链状结构、层状结构、架状结构7.链状结构硅酸盐包括:单链和双链两种形式8.晶体结构缺陷:点缺陷、线缺陷、面缺陷9.点缺陷分类:晶格位置缺陷、组成缺陷和电荷缺陷10.线缺陷(位错)的依据:位错线和滑移方向。
分为:棱位错(垂直)和螺位错(平行)11.影响置换型固溶体的因素:离子大小、离子价、晶体结构、电负性12.晶态和非晶态物质的判定一般采用:X射线衍射方法13.晶态物质附近出现:衍射峰14.非晶态物质附近出现:散射峰15.材料的性能包括使用性能和工艺性能两方面16.材料的导电性能,是用材料的电阻率或者其倒数电导率来表示的17.材料的导电能力大小,主要由载流子的浓度和它们的迁移速率决定的,载流子可以是:电子、空穴或者离子18.陶瓷的原料:粘土、长石、石英19.陶瓷基本工艺包括:原料的制备、坯料的成形、坯料的干燥、制品的烧成或烧结20.传统陶瓷典型组织结构由晶相、玻璃相和气相组成21.根据气孔含量可将陶瓷分为:致密陶瓷、无开孔陶瓷、多孔陶瓷名词解释:1.离子键:正负离子之间的静电作用2.共价键:共用电子对组成的价键3.桥氧:部分氧的价键被饱和4.非桥氧:价键未被饱和5.位错线:滑移面和未滑移面的一条交界线6.黏(粘)度:液体流动时,一层液体受到另一层液体的牵制,其力F的大小和两层间的接触面积S及垂直流动方向的速度梯度成正比,即F=?·S·dv/dx7.热容:温度每升高1℃时,物质所吸收的能量8.弹性变形:材料在外力作用下产生变形,外力撤销之后,变形完全消失,这种性质叫弹性。
材料科学导论试题一、必作题(每题10分,共50分)1)分析材料强化的主要方法及原理。
材料强化的原理:一是提高合金的原子间结合力,提高其理论强度,另一强化途径是向晶体内引入大量晶体缺陷,如位错、点缺陷、异类原子、晶界、高度弥散的质点或不均匀性(如偏聚)等,这些缺陷阻碍位错运动,也会明显地提高材料强度。
材料强化方法主要有:结晶强化、形变强化、固溶强化、相变强化、晶界强化等。
其中结晶强化通过控制结晶条件,在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织,从而提高金属材料的性能,包括细化晶粒、提纯强化。
形变强化是指金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。
这是由于材料在塑性变形后位错运动的阻力增加所致。
固溶强化是指通过合金化(加入合金元素)组成固溶体,使金属材料得到强化。
相变强化是指合金化的金属材料,通过热处理等手段发生固态相变,获得需要的组织结构,使金属材料得到强化,分为沉淀强化、马氏体强化。
在实际生产上,强化金属材料大都是同时采用几种强化方法的综合强化,以充分发挥强化能力。
2)纯铁、低碳钢、中碳钢、高碳钢、铸铁在碳含量上有什么不同。
通常碳含量小于0.02%的为纯铁或熟铁,在0.02-2.1%之间的为钢,钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢:在0.02-0.25%之间的叫低碳钢,强度较低、塑性和可焊性较好;在0.25~0.60%之间的叫中碳钢,有较高的强度,但塑性和可焊性较差;在0.60%-2.1%之间的叫高碳钢,塑性和可焊性很差,但热处理后会有很高的强度和硬度。
而碳含量大于2.1%的为铸铁或生铁。
3)晶体中的缺陷有什么?晶体缺陷是指由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响,使得原子的排列往往存在偏离理想晶体结构的区域。
这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷。
晶体中存在的缺陷种类很多,根据几何形状和涉及的范围常可分为点缺陷、面缺陷、线缺陷几种主要类型。
点缺陷是指三维尺寸都很小,不超过几个原子直径的缺陷。
第二章,Electrons in Atoms• The two atomic models are Bohr and wave-mechanical.Whereas the Bohr model assumes electrons to be particles orbiting the nucleus in discrete paths, in wave mechanics we consider them to be wavelike and treat electron position in termsof a probability distribution.• The energies of electrons are quantized—that is, only specific values of energyare allowed.• The four electron quantum numbers are n, l, ml, and ms. Each of these specifiesa distinct electron characteristic.• According to the Pauli exclusion principle, each electron state can accommodateno more than two electrons, which must have opposite spins.Bonding Forces and Energies• Bonding force and bonding energy are related to one another according to Equation 2.4.• Attractive, repulsive, and net energies for two atoms or ions depend on interatomic separation per the schematic plot of Figure 2.8b.• From a plot of interatomic separation versus for ce for two atoms/ions, the equilibrium separation corresponds to the value at zero force.• From a plot of interatomic separation versus potential energy for twoatoms/ions, the bonding energy corresponds to the energy value at the minimumof the curve.Primary Interatomic Bonds• For ionic bonds, electrically charged ions are formed by the transference of valence electrons from one atom type to another. This type of bonding is found inceramic materials.• There is a sharing of valence electrons between adjacent atoms when bonding is covalent. Polymers and some ceramic materials covalently bond.• The percent ionic character (%IC) of a bond between two elements (A and B) depends on their electronegativities (X’s) according to Equation 2.10.• With metallic bonding, the valence electrons form a “sea of electrons” that is uniformly dispersed around the metal ion cores and acts as a form of glue for them.Metallic materials exhibit this type of bonding.Secondary Bonding or van der Waals Bonding• Relatively weak van der Waals bonds result from attractive forces between electric dipoles, which may be induced or permanent.• For hydrogen bonding, highly polar molecules form when hydrogen covalentlybonds to a nonmetallic element such as fluorine.第三章SUMMARYFundamental Concepts• Atoms in crystalline solids are positioned in orderly and repeated patterns thatare in contrast to the random and disordered atomic distribution found in noncrystalline or amorphous materials.Unit Cells• Crystal structures are specified in terms of parallelepiped unit cells, which are characterized by geometry and atom positions within.Metallic Crystal Structures• Most common metals exist in at least one of three relatively simple crystal structures:Face-centered cubic (FCC), which has a cubic unit cell (Figure 3.1).Body-centered cubic (BCC), which also has a cubic unit cell (Figure 3.2). Hexagonal close-packed, which has a unit cell of hexagonal symmetry,[Figure 3.3(a)].• Unit cell edge length (a) and atomic radius (R) are related according toEquation 3.1 for face-centered cubic, andEquation 3.3 for body-centered cubic.• Two features of a crystal structure areCoordination number—the number of nearest-neighbor atoms, andAtomic packing factor—the fraction of solid sphere volume in the unit cell.Density Computations• The theoretical density of a metal () is a function of the number of equivalent atoms per unit cell, the atomic weight, unit cell volume, and Avogadro’s number (Equation 3.5).Polymorphism and Allotropy• Polymorphism is when a specific material can have more than one crystal structure. Allotropy is polymorphism for elemental solids.Crystal Systems• The concept of crystal system is used to classify crystal structures on the basis ofunit cell geometry—that is, unit cell edge lengths and interaxial angles.There are seven crystal systems: cubic, tetragonal, hexagonal, orthorhombic, rhombohedral (trigonal), monoclinic, and triclinic.Polycrystalline Materials• Single crystals are materials in which the atomic order extends uninterrupted over the entirety of the specimen; under some circumstances, single crystals may haveflat faces and regular geometric shapes.• The vast majority of crystalline solids, however, are polycrystalline, being composed of many small crystals or grains having different crystallographic orientations.• A grain boundary is the boundary region separating two grains, wherein there is some atomic mismatch.Anisotropy• Anisotropy is the directionality dependence of properties. For isotropic materials, properties are independent of the direction of measurement.Noncrystalline Solids• Noncrystalline solid materials lack a systematic and regular arrangement of atoms or ions over relatively large distances (on an atomic scale). Sometimes the term amorphous is also used to describe these materials.第四章SUMMARYVacancies and Self-Interstitials• Point defects are those associated with one or two atomic positions; these include vacancies (or vacant lattice sites) and self-interstitials (host atoms that occupy interstitial sites).• The equilibrium number of vacancies depends on temperature according to Equation 4.1.Impurities in Solids• An alloy is a metallic substance that is composed of two or more elements.• A solid solution may form w hen impurity atoms are added to a solid, in which case the original crystal structure is retained and no new phases are formed.• For substitutional solid solutions, impurity atoms substitute for host atoms.• Interstitial solid solutions form for relatively small impurity atoms that occupy interstitial sites among the host atoms.• For substitutional solid solutions, appreciable solubility is possible only when atomic diameters and electronegativities for both atom types are similar, whenboth elements have the same crystal structure, and when the impurity atoms havea valence that is the same as or less than the host material.Specification of Composition• Composition of an alloy may be specified in weight percent (on the basis of mass fraction, Equation 4.3) or atom percent (on the basis of mole or atom fraction, Equation 4.5).• Expressions were provided that allow conversion of weight percent to atom percent (Equation 4.6a) and vice versa (Equation 4.7a).• Computation of average density and ave rage atomic weight for a two-phase alloy are possible using other equations cited in this chapter (Equations 4.10a, 4.10b,4.11a, and 4.11b).Dislocations—Linear Defects• Dislocations are one-dimensional crystalline defects of which there are two pure types: edge and screw.An edge may be thought of in terms of the lattice distortion along the end ofan extra half-plane of atoms.A screw is as a helical planar ramp.For mixed dislocations, components of both pure edge and screw are found.• The magnitude a nd direction of lattice distortion associated with a dislocationare specified by its Burgers vector.• The relative orientations of Burgers vector and dislocation line are (1) perpendicular for edge, (2) parallel for screw, and (3) neither perpendicular nor parallelfor mixed.Interfacial Defects• Within the vicinity of a grain boundary (which is several atomic distances wide),there is some atomic mismatch between two adjacent grains that have different crystallographic orientations.• For a high-angle grain boundary, the angle of misalignment between grains is relatively large; this angle is relatively small for small-angle grain boundaries.• Across a twin boundary, atoms on one side reside in mirror-image positions ofatoms on the other side.Microscopic Techniques• The microstructure of a material consists of defects and structural elements thatare of microscopic dimensions. Microscopy is the observation of microstructureusing some type of microscope.• Both optical and electron microscopes are emp loyed, usually in conjunction with photographic equipment.• Transmissive and reflective modes are possible for each microscope type; preferenceis dictated by the nature of the specimen as well as the structural elementor defect to be examined.• In orde r to observe the grain structure of a polycrystalline material using an optical microscope, the specimen surface must be ground and polished in order toproduce a very smooth and mirrorlike finish. Some type of chemical reagent (or etchant) must then be applied in order to either reveal the grain boundaries orproduce a variety of light reflectance characteristics for the constituent grains.• The two types of electron microscopes are transmission (TEM) and scanning (SEM). For TEM an image is formed from an electron beam that, while passingthrough the specimen, is scattered and/or diffracted.SEM employs an electron beam that raster-scans the specimen surface; animage is produced from back-scattered or reflected electrons.• A scanning probe microscope employs a small and sharp-tipped probe that rasterscans the specimen surface. Out-of-plane deflections of the probe result frominteractions with surface atoms. A computer-generated and three-dimensionalimage of the surface results having nanometer resolution.Grain Size Determination• With the intercept method, used to measure grain size, a series of straight-line segments (all having the same length) are drawn on a photomicrograph. Linelength is divided by the average number of grain intersections on a per-line basis. Average grain diameter is taken as this result divided by the magnification of the photomicrograph.• Comparison of a photomicrograph (taken at a magnification of 100_) with ASTMstandard comparison charts may be used to specify grain size in terms of a grainsize number.• The average number of grains per square inch at a magnification of 100_is relatedto grain size number according to Equation 4.16.第五章第六章SUMMARYBasic Concepts• On a microscopic level, plastic deformation corresponds to the motion of dislocations in response to an externally applied shear stress. An edge dislocationmoves by the successive and repeated breaking of atomic bonds and shifting by interatomic distances of half planes of atoms.• For edge dislocations, dislocation line motion and direction of the applied shear stress are parallel; for screw dislocations these directions are perpendicular.• Dislocation density is the total dislocation length per unit vol ume of material. Its units are per square millimeter.• For an edge dislocation, tensile, compressive, and shear strains exist in thevicinity of the dislocation line. Shear lattice strains only are found for pure screw dislocations.Slip Systems• The mot ion of dislocations in response to an externally applied shear stress is termed slip.• Slip occurs on specific crystallographic planes and within these planes only in certain directions. A slip system represents a slip plane–slip direction combination.• Operable slip systems depend on the crystal structure of the material. The slip plane is that plane that has the densest atomic packing, and the slip direction isthe direction within this plane that is most closely packed with atoms.• The slip system for the FCC crystal structure is {111}81109; for BCC several are possible: {110}81119, {211}81119, and {321}81119.Slip in Single Crystals• Resolved shear stress is the shear stress resulting from an applied tensile stressthat is resolved onto a plane that is neither parallel nor perpendicular to the stress direction. Its value is dependent on the applied stress and orientations of planeand direction according to Equation 7.2.• The critical resolved shear stress is the minimu m resolved shear stress requiredto initiate dislocation motion (or slip) and depends on yield strength and orientation of slip components per Equation 7.4.• For a single crystal that is pulled in tension, small steps form on the surface thatare parallel and loop around the circumference of the specimen.Plastic Deformation of Polycrystalline Materials• For polycrystalline materials, slip occurs within each grain along those slip systems that are most favorably oriented with the applied stress. Furthermore, during deformation, grains change shape and extend in those directions wherein thereis gross plastic deformation.Deformation by Twinning• Under some circumstances, limited plastic deformation may occur in BCC andHCP metals by mechanical twinning. The application of a shear force produces slight atomic displacements such that on one side of a plane (i.e., a twin boundary) atoms are located in mirror-image positions of atoms on the other side. Mechanisms of Strengthening in Metals• The ease with whic h a material is capable of plastic deformation is a function of dislocation mobility—that is, restricting dislocation motion leads to increases hardness and strength.Strengthening by Grain Size Reduction• Grain boundaries are barriers to dislocation motion for two reasons:When crossing a grain boundary, a dislocation’s direction of motion mustchange.There is a discontinuity of slip planes within the vicinity of a grain boundary.• A metal that has small grains will be stronger than one with large g rains because the former has more grain boundary area, and, thus, more barriers to dislocation motion.• For most metals, yield strength depends on average grain diameter according tothe Hall–Petch equation, Equation 7.7.Solid-Solution Strengthening• Th e strength and hardness of a metal increase with increase of concentration of impurity atoms that go into solid solution (both substitutional and interstitial).• Solid-solution strengthening results from lattice strain interactions betweenimpurity atoms and dislocations; these interactions produce a diminishment in dislocation mobility.Strain Hardening• Strain hardening is just the enhancement in strength (and decrease of ductility)of a metal as it is plastically deformed.• Degree of plastic deformati on may be expressed as percent cold work, which depends on original and deformed cross-sectional areas as described byEquation 7.8.• Yield strength, tensile strength, and hardness of a metal increase with increasing percent cold work (Figures 7.19a and 7.19b); ductility diminishes (Figure 7.19c).• During plastic deformation dislocation density increases, the average distance between adjacent dislocations decreases, and—because dislocation–dislocationstrain field interactions, are, on average, repulsive—dislocation mobility becomes more restricted; thus, the metal becomes harder and stronger.Recovery• During recovery:There is some relief of internal strain energy by dislocation motion.Dislocation density decreases, and dislocations assume low-energy configurations. Some material properties revert back to their precold-worked values. Recrystallization• During recrystallization:A new set of strain-free and equiaxed grains form that have relatively low dislocation densities.The metal becomes softer, weaker, and more ductile.• The driving force for recrystallization is the difference in internal energy between strained and recrystallized material.• For a cold-worked metal that experiences recrystallization, as temperature increases (at constant heat-treating time), tensile strength decreases and ductilityincreases (per Figure 7.22).• The recrystallization temperature of a metal alloy is that temperature at which recrystallization reaches completion in one hour.• Two factors that influence the recrystallization temperature are percent cold work and impurity content.Recrystallization temperature diminishes with increasing percent cold work.It rises with increasing concentrations of impurities.• Plastic deformation of a metal above its recrystallization temperature is hot working; deformation below is termed cold working.Grain Growth• Grain growth is the increase in average grain size of polycrystalline materials,which proceeds by grain boundary motion.• The driving force for grain growth is the reduction in total grain boundaryenergy.• The time dependence of grain size is represented by Equation 7.9.第七章SUMMARYIntroduction• Equilibrium phase diagrams are a convenient and concise way of representingthe most stable relationships between phases in alloy systems.Phases• A phase is some portion of a body of material throughout which the physical and chemical characteristics are homogeneous.Microstructure• Three microstructural characteristics that are important for multiphase alloys are The number of phases presentThe relative proportions of the phasesThe manner in which the phases are arranged• Three factors affect the microstructure of an alloy:What alloying elements are presentThe concentrations of these alloying elementsThe heat treatment of the alloyPhase Equilibria• A system at equilibrium is in its most stable state—that is, its phase characteristics do not change over time.Thermodynamically, the condition for phase equilibriumis that the free energy of a system is a minimum for some set combination of temperature, pressure, and composition.• Metastable systems are nonequilibrium ones that persist indefinitely and experience imperceptible changes with time.。