第二章 材料的结构(答案更正)

体心立方晶格 面心立方晶格
密排六方晶格
2.2 金属的晶体结构——(2)常见金属的晶格类型 体心立方晶格-BCC(body centered cubic)
a=b=c，a，α=β=γ=90° 晶胞原子数：
1+1/8×8=2 原子半径： r= a /4 3 致密度： K=nv/V =2×(4/3πr3)/a3=68%
固态合金中的相—
相；
固溶体和金属间化合物； 如铁碳合金室温下有两个相，铁素体-ferrite碳在体心立 方晶格 α-Fe 中所形成的固溶体， 渗碳体 -cementite 铁和
碳的化合物Fe3C；
组织 ：是指用肉眼或显微镜观察到的不
同组成相的形态、尺寸、分布及各相之间 的组合状态。
2.3 合金的结构与相结构——(1)固溶体
结构上：长程有序，短程有序； 性能上：有无固定熔点；各项同性/异性。
2.2 金属的晶体结构——(1)晶体的基本概念
刚球模型；
空间点阵；
阵点/结点；
晶格；
2.2 金属的晶体结构——(1)晶体的基本概念
Z
c
a
X b Y
晶格： 将空间点阵
用一系列相互平行的 直线连接起来形成的 空间格架。
固溶体—合金中某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其
它组元原子 ( 溶质 ) 后形成的一种合金相，仍保持溶剂的 晶格类型；
分为
间隙固溶体和置换固溶体；
Fe-C间隙固溶体
Cu-Ni置换固溶体
2.3 合金的结构与相结构——(1)固溶体
通过溶入某种溶质元素形成固溶体，
而使金属的强度、硬度升高的现象 称为
晶体内部晶格位向完全一致 ——

室温组织为： Fe3CⅠ+Le’
实际铸铁C含量：不超5%
A

L+
H
B J
L+A A
L
温N 度
A+
D C A+ Fe3C
Le A+ Fe3CⅡ+Le Le+ Fe3CⅠ
E
S
P
A+ Fe3CⅡ
L+ Fe3C
F
G
F A+F
P Q Fe
P+F
P+ Fe3CⅡ
K
F+ Fe3C
Le’ P+ Fe3CⅡ+Le’ Le’+ Fe3CⅠ
共析转变是固态相变。
S ⇄ P+ Fe3C
珠光体
（5）莱氏体 Ld
莱氏体是奥氏体和渗碳体的机械混合物，是共晶 反应的产物，碳4.3%。
高温莱氏体冷却到727度以下时，转变为低温莱 氏体Ld′, 是珠光体和
渗碳体的机械混合物。
因含渗碳体较多，
力学性能与渗碳体相
近，属脆性组织。
——共5种
莱氏体
二、铁碳合金相图的分析
模锻
焊 缝 组 织
体，用P表示。

珠光体的组织特点是 两相呈片层相间分布, 性能介于两相之间。 PSK线又称A1线 。


⒊ 相区
⑴ 四个单相区： L、、、Fe3C

⑵ 五个两相区: L+、L+Fe3C、
+Fe3C、+ 、 +Fe3C

⑶ 二个三相区：ECF(L++ Fe3C)、PSK(++ Fe3C) 36班

在化学中，金属的特性表现在它与非金属元素发生化学 在工程技术中，金属特性表现在他具有金属光泽，一定
反应并失去价电子；

塑性、良好的导电性与导热性，及正的电阻温度系数。 这主要是与金属原子的内部结构以及原子间的结合方式 有关。
2
(2) 金属键 金属晶体就是依靠各正离子与共有化自由电子间相互吸引 而结合的方式称为金属键。
(a) 模型
(b) 晶胞
(c) 晶胞原子数
10

体心立方晶格常数：a=b=c；===90 晶胞原子数：2


原子半径：
配位数：8 致密度：0.68
11
(2) 面心立方晶格 面心立方晶胞如图所示。它的形状也是一个立方体。在 面心立方晶胞中，原子位于立方体的八个顶角和六个面 的中心。属于这类晶格的金属有γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、 Ag、Pb等。

非晶体
内部质点无规则的堆积在一起的物质称为非晶体(如:塑 料、玻璃、沥青) 。 特性：与晶体相反，没有固定的熔点；表现出各向同性。 晶体与非晶体在一定条件下可互相转化。
6
一、晶体结构的基础知识 (1) 晶格 为了形象描述晶体内部原子排列的规律，将原子抽象为 几何点，并用一些假想连线将几何点连接起来，这样构 成的空间格子称为晶格。 (2) 晶胞 晶体中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中 选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶 胞，它具有很高对称性。 (3) 晶胞表示方法 晶胞各边的尺寸a、b、c称为晶格常数，其大小通常以 埃为计量单位(1埃=0.1纳米)，晶胞各边之间的相互夹角 分别以、β、γ表示。在研究晶体结构时，通常以晶胞 作为代表来考查。
3
(3) 金属特性的金属键理论解释 因为金属是金属键结合而成的，自由电子在一定电位 差下运动，就构成金属良好的导电性。 而这种运动又为金属所独有，同时已能传递热能，所 以金属具有良好的导热性。 当金属原子相对位移时，正离子和自由电子仍然保持 结合，因而金属可变形而不破坏，具有塑性。 金属中的自由电子容易吸收可见光而被激发到较高的 能级，当他跳回原来能级时把吸收的可见光又重新辐射 出来，因而金属不透明，有光泽。 金属中正离子是以某一固定位置为中心作热振动，对 自由电子的流动有阻碍作用,就是金属具有电阻的原因。 随着温度的升高，正离子振动的振幅要加大，对自由 电子通过的阻碍作用也加大，因而金属的电阻是随温度 升高而增大，即具有正的电阻温度系数。

第二章参考答案1.原子间的结合键共有几种？各自特点如何？2.为什么可将金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题?答:金属晶体中金属原子之间形成的金属键即无饱和性又无方向性, 其离域电子为所有原子共有,自由流动,因此整个金属单质可看成是同种元素金属正离子周期性排列而成,这些正离子的最外层电子结构都是全充满或半充满状态,电子分布基本上是球形对称,由于同种元素的原子半径都相等,因此可看成是等径圆球。

又因金属键无饱和性和方向性, 为使体系能量最低，金属原子在组成晶体时总是趋向形成密堆积结构,其特点是堆积密度大,配位数高,因此金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题.3.计算体心立方结构和六方密堆结构的堆积系数。

(1) 体心立方 a ：晶格单位长度 R ：原子半径a 34R = 34R a =，n=2, ∴68.0)3/4()3/4(2)3/4(23333===R R a R bccππζ (2)六方密堆 n=64. 试确定简单立方、体心立方和面心立方结构中原子半径和点阵参数之间的关系。

解：简单立方、体心立方和面心立方结构均属立方晶系，点阵参数或晶格参数关系为90,=====γβαc b a ，因此只求出a 值即可。

对于（1）fcc(面心立方)有a R 24=, 24R a =， 90,=====γβαc b a(2) bcc 体心立方有：a 34R = 34R a =； 90,=====γβαc b a(3) 简单立方有：R a 2=， 90,=====γβαc b a74.0)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(633hcp =⋅=⋅R R R R a a c R ππξ＝R a a c 238==5. 金属铷为A2型结构，Rb 的原子半径为0.2468 nm ，密度为1.53g·cm-3，试求：晶格参数a 和Rb 的相对原子质量。

解：AabcN nM=ρ 其中, ρ为密度, c b a 、、为晶格常数, 晶胞体积abc V =，N A 为阿伏加德罗常数6.022×1023 mol -1，M 为原子量或分子量，n 为晶胞中分子个数，对于金属则上述公式中的M 为金属原子的原子量，n 为晶胞中原子的个数。

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）1s22ｓ2２p6 3s2 3p6 3d7 4ｓ2（2）１s2２s2２ｐ６3ｓ2 3ｐ6(3）１s２2s2２p5(４）1s２2s2 2p63ｓ2(５)1s2 2s2 2ｐ６3s2 3p6３d2 4s2(6）１s２2s2２p63s23p6 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。

第二章材料的结构(含答案)一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、内部原子按一定规律排列的物质叫________。

答案：晶体2、金属晶体在不同方向上具有不同性能的现象叫________。

答案：各向异性3、常见的金属晶格类型有________、________、________三种。

答案：体心立方、面心立方、密排六方4、常见的金属晶格类型有三种，α-Fe、Cr、W、Mo、V的晶格属于________。

答案：体心立方5、表示晶体中原子排列的空间格子叫做________，组成空间格子的最基本的几何单元叫做________。

答案：晶格、晶胞6、实际金属结构中的点缺陷包括________、________和________；它们可使金属的强度________。

答案：间隙原子、置换原子、空位、提高7、工程材料的结合键有________、________、________和________四种。

答案：离子键、共价键、金属键、分子键8、三种常见金属晶格类型为________、________和________。

答案：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；9、按溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体可分为________和________两种。

答案：置换固溶体、间隙固溶体10、面心立方晶格中，晶胞的原子数为________，致密度为________。

答案：4、0.7411、位错分为两种，它们是________和________；多余半排原子面的是________位错。

答案：刃型位错、螺型位错、刃型位错12、相是指金属或合金中成分________，结构________，并由________与其它部分分开的均匀组成部分。

答案：相同、相同、界面13、合金中成分、结构和性能相同的组成部分称为________。

答案：相14、按其几何形式的特点，晶格缺陷可分为________、________和________。

答案：点缺陷、线缺陷、面缺陷15、体心立方晶格中，晶胞的原子数为________，原子半径与晶格常数的关系为________，致密度为________。

太原理工大学材料科学基础习题及参考答案第一章原子结构与结合键习题1-1计算下列粒子的德布罗意波长：(1) 质量为10-10 kg，运动速度为0.01 m·s-1的尘埃；(2) 速度为103 m/s的氢原子；(3) 能量为300 eV的自由电子。

1-2怎样理解波函数ψ的物理意义？1-3在原子结构中，ψ2和ψ2dτ代表什么？1-4写出决定原子轨道的量子数取值规定，并说明其物理意义。

1-5试绘出s、p、d轨道的二维角度分布平面图。

1-6多电子原子中，屏蔽效应和钻穿效应是怎样影响电子的能级的？1-7写出下列原子的基态电子组态（括号内为原子序号）：C (6)，P (15)，Cl (17)，Cr (24) 。

1-8 形成离子键有哪些条件？其本质是什么？1-9 试述共价键的本质。

共价键理论包括哪些理论？各有什么缺点？1-10 何谓金属键？金属的性能与金属键关系如何?1-11 范德华键与氢键有何特点和区别？参考答案：1-1 利用公式λ = h/p = h/mv 、E = hν计算德布罗意波长λ。

1-8 离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原子相互作用时，产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。

1-9 共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。

共价键理论包括价键理论、分子轨道理论和杂化轨道理论。

1-10 当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时，由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属建。

由于存在自由电子，金属具有高导电性和导热性；自由电子能吸收光波能量产生跃迁，表现出有金属光泽、不透明；金属正离子以球星密堆方式组成，晶体原子间可滑动，表现出有延展性。

第二章材料的结构习题2-1定义下述术语，并注意它们之间的联系和区别。

晶系，空间群，平移群，空间点阵。

2-2名词解释：晶胞与空间格子的平行六面体，并比较它们的不同点。

2-3 (1) 一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b和6c，求出该晶面的米勒指数。

反过来： U = u - t; V = v - t; W = w
4．晶面间距（Interplanar crystal spacing）
两相邻近平行晶面间的垂直距离—晶面间 距，用dhkl表示,面间距计算公式见(1-6)。 通常，低指数的面间 距较大，而高指数的 晶面间距则较小 晶面间距愈大，该晶 面上的原子排列愈密 集；晶面间距愈小， 该晶面上的原子排列 愈稀疏。
晶体结构 = 空间点阵 + 结构单元
如：Cu, NaCl, CaF2有不同的晶体结构， 但都属于面心立方点阵。 思考题：空间点阵与布拉菲点阵。
三、 晶向指数与晶面指数
（Miller Indices of Crystallographic Directions and Planes） 在晶体中，由一系列原子所组成的平面称 为晶面，原子在空间排列的方向称为晶向。 晶体的许多性能都与晶体中的特定晶面和晶 向有密切关系。为区分不同的晶面和晶向， 采用晶面和晶向指数来标定。
5．晶带 (Crystal zone) 所有平行或相交于同一直线的晶面构 成一个晶带，此直线称为晶带轴。
晶带轴[u v w]与该晶带的晶面（h k l） 之间存在以下关系： hu + kv + lw = 0 凡满足此关系的晶面都属于以[u v w]为 晶带轴的晶带，律应用举例
1 晶胞中原子数 (Number of Atoms in Unit Cell)
一个晶胞内所包含的原子数目。 体心立方晶胞：2个。 面心立方晶胞：4个。 密排六方晶胞：6个。
2 原子半径 r 与点阵常数 a 的关系
严格的说，原子半径并不是一个常数，它 随外界条件（温度）、原子结合键、配位数而 变，在理论上还不能精确地计算原子半径。 定义为晶胞中原子密排方向上相邻两原子 之间平衡距离的一半，用点阵常数表示。

中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
– 3． 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学 性能，试从过冷度对结晶基本过程的影响，分析细化晶粒、提 高金属材料使用性能的措施。 –解：由于过冷度越大，晶粒越细，因而能增加过冷度的 措施均有利于细化晶粒，主要是增加冷却速度。
机械工程材料 第三章 金属的结晶
机械工程材料 第二章 金属的结构
（四） 选择正确答案
– 1． 正的电阻温度系数的含义是： a．随温度升高导电性增大；b．随温度降低电阻降低；c．随 √ 温度增高电阻减小。 – 2． 晶体中的位错属于： a．体缺陷；b．面缺陷；c．线缺陷；d．点缺陷。 √ – 3． 亚晶界是由： a．点缺陷堆积而成；b．位错垂直排列成位错墙而构成； √ c．晶界间的相互作用构成。 – 4． 在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是： a．<100>；b．<110>；c．<111>。 √ – 5． 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是： a．｛100｝；b．｛110｝；c．｛111｝。 √ – 6． α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型： a．面心立方和体心立方；b．体心立方和面心立方；c．均 √ 为面心立方d．均为体心立方。
机械工程材料 第二章 金属的结构
（三） 是非题
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
– 1． 因为单晶体是各乡异性的，所以实际应用的金属材料在 各个方向上的性能也是不相同的。 （×） – 2． 金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成的。 （×） – 3． 因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数， 所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。 （√） – 4． 在立方晶系中，（123）晶面与[12]晶向垂直。 （√） – 5． 在立方晶系中，（111）与（11）是相互平行的两个晶面。 （×） – 6． 在立方晶系中，（123）晶面与（12）晶面属同一晶面族。 – 7． 在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。 （√） – 8． 在金属晶体中，当存在原子浓度梯度时，原子向各个方 （×） 向都具有相同的跃迁几率。 – 9． 因为固态金属的扩散系数比液态金属的扩散系数小得多， （√） 所以固态下的扩散比液态下的慢得多。 （×） – 10．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。 – 11．晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。 （√）

共价键Covalent bond
两个原子共有最外壳层电子的键合 共价键晶体的特性 共价键的特点: 方向性和饱和性 1.很高的熔点和硬度 2. 良好的光学特性 3.不良的导电性
共价键
• 既有方向性 —— 决定于电子云的非对
称性（能量最低）。
• 又有饱和性 —— 共价键的数目决定于外层 电子数。 • 共价键晶体总具有很高的溶点和硬度，良好的 光学特性，不良导电性。
• 氢键在高分子材料中特别重要，可形成较大的
分子间力
水分子之间的氢键
范德华力
• 范德华键（非键结合力）--又叫范德华力。 • 原子的的正负电荷中心瞬间不重合(偶极子)产生 相互作用力。 • 物质的许多物理化学性质如沸点、熔点、粘度、
表面张力等都与此有关。
• 范德华键（力）在高分子材料中非常重要。
2.2材料的结构
材料的结构是指材料的组成单 元（原子或分子）之间相互吸 引和排斥达到平衡时的空间排 布。
The Structure of Materials
宏观组织结构
显微组织结构或称亚微观 肉眼或放大镜能观察到的 组织结构——借助光学显微镜、 晶粒、相的集合状态 电子显微镜能观察到的晶粒、 相的集合状态或材料
氢键Hydrogen bond
两个条件
1.分子中必须含氢
有方向性
2.另一个元素必须是电负性强的非金 属元素
• X—H….Y共用的电子对强烈的向X偏离，H变
为一个半径很小的带正电荷的核,可与另外电负
性高的Y形成附加键。实际上就是氢原子在两 个电负性高的原子之间形成一个桥。
•
例如：①H2O、HF、NH3. O、F、N — 电负性高
手和右手互为镜影而不能实际重合一样(图)。

《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4. 简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。

其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。

一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。

二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。

二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。

6. 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为高？答：材料的密度与结合键类型有关。

一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。

相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。

共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。

9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。

答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。

即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。

两相组织是指具有两相的组织。

单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。

晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。

单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。

等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。

对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。

如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。

如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。

同时确定原子中的电子的位置和动量， 原则上是不可能的。
也就是它们的确切值是测不准的，即一 个量测量到任何的准确程度，必然会降低另 一个量的测量精确度。因而，位置Δx和动量 Δp的关系可用量子化定量表示：
xp2h
其中，h为普朗克常数。
(2 -1)
该原理表明，量子力学的一个基本特点
是，我们只能从大量宏观测量中得到微观粒 子的几率分布，但不能决定某一物理量的确 切数值，这是和经典力学有着本质上的区别。
在磁场H作用中，电子的轨道运动的角动 量Pl，不仅数值上是不能任意取的，而且相对 于磁场方向也是不能任意取的，即
Pl ＝ mlh /2π
(2-5)
其中，ml为磁量子数，决定轨道角动量在空间 的方位。
对每一个角量子数l，ml的取整数值: 0， ±1，±2….,其总数为2(l) +1,.
对于 l =2 情况， ml 为2(2) ＋1 ＝ 5， 其值为 －2， －1， 0， ＋1， ＋2。
组成相同的材料，性能上的明显差别，主 要是与微观结构有关,即原子结构、原子键合、 原子排列和显微组织四种结构因素。
2.2 原子结构 1. 原子的电子结构
原子结构模型如图2－1所示。 原子是原子核和绕核旋转的电子所组成。 原子核内有质子和中子，如图2－2 a 所示。
图2－1 原子结构模型
a. 原子核及核外电子 b. 原子半径与原子核 图2－2 原子核与电子的示意图
Cl(17)的电子排列为:1s22s22p63s23p5 ，原 子的最外层的能级几乎被填满，具有很强的电 负性，容易接受电子。
Na(11)的电子排列为： 1s22s22p63s1，原子 的外层能级几乎是空着，容易失去电子，具有 强的正电性。这两个原子之间的结合方式是离 子键合。

第2章建筑材料的基本性质复习思考题参考答案一、填空题1. 材料的吸水性、耐水性、抗渗性、抗冻性、导热性分别用吸水率，软化系数渗透系数，抗冻系数，导热系数表示。

2. 当材料的孔隙率一定时，孔隙尺寸越小，材料的强度越高，保温性能越好，耐久性越好。

3. 材料受水作用，将会对其吸水性、耐水性、抗渗性、抗冻性及导热性等性能产生影响。

4. 水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为亲水性。

5. 均为开口孔材料的孔隙率较大时，则材料的表观密度小、强度低、吸水率高、抗渗性差、抗冻性差、导热性差、吸声性好。

6. 材料的耐水性用软化系数表示，其值愈大则材料的耐水性愈好。

软化系数大于 0.85 的材料认为是耐水的。

7. 评价材料是否轻质高强的指标为比强度，它等于材料的强度与其表观密度之比，其值越大，表明材料轻质高强性能越好。

8. 无机非金属材料一般均属于脆性材料，最宜承受静压力。

9. 材料的弹性模量反映了材料抵抗变形的能力。

10. 材料的吸水率主要取决于空隙率及空隙，空隙率较大，且具有开口孔而又连通的孔隙的材料其吸水率往往较大。

二、选择题1. 含水率为4%的砂100克，其中干砂重（C）克。

A. 96B. 95.5C. 96.15D. 972. 建筑上为使温度稳定，并节约能源，应选用（C）的材料。

A. 导热系数和热容量均小B. 导热系数和热容量均大C. 导热系数小而热容量大D. 导热系数大而热容量小3. 某材料其含水率与大气平衡时的抗压强度为40.0MPa，干燥时抗压强度为42.0MPa，吸水饱和时抗压强度为38.0MPa，则材料的软化系数和耐水性（ B ）。

A. 0.95，耐水B. 0.90，耐水C. 0.952，耐水D. 0.90，不耐水4．孔隙率增大，材料的（ D ）降低。

A、密度B、表观密度C、憎水性D、抗冻性5．材料在水中吸收水分的性质称为（A）。

A、吸水性B、吸湿性C、耐水性D、渗透性6．含水率为10%的湿砂220g，其中水的质量为（C）。

第二章材料的结构任何物质都是由原子组成的。

原子的结合方式和排列方式决定了物质的性能。

要控制材料的性能并合理使用材料，作为机械工程技术人员必须首先具有材料结构方面的知识。

第一节原子的结合方式工程材料通常是固态物质，是由各种元素通过原子、离子或分子结合而成的。

原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。

根据结合力的强弱，可把结合键分为强键（离子键、共价键、金属键）和弱键（即分子键）两类。

一、离子键当周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素原子相互接近时，正电性原子失去外层电子变为正离负电性原子获得电子变为负离子。

正负离子通过静电引力互相吸引，当引力与离子间的斥力相等时便形成稳定的离子键。

图2-1为钠原子与氯原子形成离子键的过程。

离子键结合力大，因而通过离子键结合的材料强度高、硬度高、熔点高、脆性大。

由于离子难以移动输送电荷，所以这类材料都是良好的绝缘体。

离子的外层电子由于被牢固束缚，难于被光激发，所以离子材料不能吸收可见光，是无色透明的。

图2-1 NaCl离子键的形成过程二、共价键周期表中ⅢA~ⅦA族同种元素的原子或电负性相差不大的异种元素原子相互接近时，不可能通过电子转移来获得稳定的外层电子结构，但可以通过共用电子来达到这一目的。

图2-2为两个氯原子通过共用一个电子对形成氯分子的示意图。

这种通过共用电子对而形成的结合键称为共价键。

共价键中的电子对数因元素种类不同而不同，如氮分子中存在五个电子对通过共价键结合的材料同样具有强度高、熔点高、脆性大的特点。

其导电性依共价键的强弱而不同，弱共价键的锡是导体，硅是半导体，而金刚石则是绝缘体。

具有离子键和共价键的工程材料多为陶瓷或高分子聚合物。

图2-2 由共价键形成氯分子示意图三、金属键金属原子的外层电子少，很容易失去。

因此金属原子之间不可能通过电子转移或共用来获得稳定的外层电子结构。

当金属原子相互靠近时，其外层电子脱离原子，成为自由电而金属原子则成为正离子，自由电子在正离子之间自由运动，为各原子所共有，形成电子云或电子气。