材料化学课后习题答案
P42：四(1)(2)(3)
P69：二、三(1)(2)
P90 : 5
P133:二、三(1)(2)
P199:一、二
P222:二、三(1)
P236:一、二
专业：应用化学14-1
学号：20142008
姓名：丁大林
第二章化学基础知识
一．填空题
1.热力学第三定律的具体表述为纯物质完美晶体在0 K时的熵值为零，数学表达式为S*(完美晶体，0 K)=0 J⋅K-1。
φ，这种现象称为电极的极化。
衡电势
e
7.相图：又称平衡状态图，用几何（图解）的方式来描述处于平衡状态时，物质的成分、相和外界条件相互关系的示意图。
三．简答题
1.简述什么是亚稳状态，其形成原因及在生产中应如何处理。
答：1）是一种热力学不稳定状态，但在一定条件下能长期存在，称为亚稳状态。
2）形成原因：新相难于形成。
3）生产中遇到亚稳态有时需要保护，有时需要破坏，如非晶体材料制备就是将材料高温熔融后迅速冷却，使晶格排列长程无序，从而形成非晶态亚稳结构，使材料的耐腐蚀性能力和力学性能得以提高。金属退火处理是为了消除淬火等处理所产生的一些不平衡相，使材料的内部组织重新达到平衡状态。
2.简述物理吸附与化学吸附的区别。
23ln 8.314500ln 1.64410/222.209/r m G RT K J mol kJ mol θθ∆=-=-⨯⨯⨯=
3.在301K 时，鲜牛奶大约在4h 后变酸；但在278K 时，鲜牛奶要在48h 后才变酸。假定反应速率与牛奶变酸时间成反比，求牛奶变酸反应的活化能。 解：由反应速率与牛奶变酸时间成反比，可知1/2ln 2A
t k =，反应为一级反应。速率
方程为A A A dc k c dt -
= 11111212ln 2ln 2ln 2ln 20.173,0.014448
k s s k s s t t ----====== 由阿仑尼乌斯方程2
11ln a E k ⎛⎫=- ⎪ 使原来的材料重新形成的过程。
5.溶胶—凝胶法：是通过凝胶前驱体的水解缩聚制备金属氧化物材料的湿化学方法。
6.自蔓延高温合成法：是利用反应物间化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术。
三．简答题
1.何为化学气相沉积法？简述其应用及分类。
答：1）化学气相沉积法（CVD）是指通过气相化学反应生成固态产物并沉积在固体表面的方法。
2）CVD法可用于制造覆膜、粉末、纤维等材料，它是半导体工业中应用最为广泛的沉积多种材料的技术，包括制造大范围的绝缘材料、大多数金属材料和合金材料。
2.简述溶胶—凝胶法的原理及优、缺点。
答：1）溶胶—凝胶法的原理：溶胶—凝胶法一般以含高化学活性结构的化合物（无机盐或金属醇盐）为前驱体（起始原料），其主要反应步骤是先将前驱体溶于溶剂（水或有机溶剂）中，形成均匀的溶液，并进行水解、缩合，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构，网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过后处理（如干燥、烧结固化）可制备出所需的材料。
2）溶胶—凝胶法的优缺点：
优点：a.由于溶胶—凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中形成低黏度的溶液，因此可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；
b.经过溶液反应步骤，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；
c.一般认为溶胶—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在微米范围内，因此化学反应较容易进行且所需温度较低；
d.选择合适的条件可以制备各种新型材料。
缺点：a.所使用的原料价格比较昂贵，有些原料为有机物，对健康有害；
b.通常整个溶胶—凝胶过程所需时间较长，常需要几天或几周；
c.凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中会逸出许多气体及有机物，并产生收缩。
3.简述矿化剂的主要作用。
答：1）改变反应机制降低反应活化能；
2）影响晶核的生成速率；
3）影响结晶速率及晶格结构；
4）降低系统的共熔点，改善液相性质等。
4.简述自蔓延高温合成的技术类型。
答：根据燃烧合成所采用的设备以及最终产物的结构等，可以将SHS分为六种主要技术形式：
1）SHS制粉技术；
2）SHS烧结技术；
3）SHS致密化技术；
4）SHS熔铸；
5）SHS焊接；
6）SHS涂层。
5.简述液相骤冷法的特点。
答：液相骤冷法的基本特点是先将金属或合金加热熔融成液态，然后通过不同途径使熔体急速降温，降温速度高达105~108 o C/s，以致晶体生长来不及成核就降温到原子热运动足够低的温度，从而把熔体中的无序结构“冻结”并保留下来，
得到结构无序的固体材料，即非晶或玻璃态材料。样品可制成几微米到几十微米的薄片、薄带或细丝状。
第四章材料的性能
1.什么是腐蚀电池？其形成应具备哪些基本条件？
答：1）能导致金属腐蚀的原电池称为腐蚀电池。
2）其形成应具备三个基本条件：
4.比较布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。
答：1）布氏硬度：在直径为D（一般为10nm）的硬钢球上施加负荷F，压入被
，使用下式计测金属表面，保持规定时间后卸载，根据被测金属表面压痕直径D
i
算布氏硬度HB:
HB=
布氏硬度压痕很大，测量值准，适用于测定未经淬火的钢、铸铁、有色金属或质地轻柔的轴承合金等，不适用于测定硬度较高的材料。
2）洛氏硬度：用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59mm、3.18mm的钢球，在一定载荷F下压入被测材料表面，由压痕的深度h求出材料的硬度。压入深度h越大，硬度越低；反之则硬度越高。
HR=(K-h)/0.002
根据试验材料硬度的不同，分HRA、HRB、HRC三种不同的标度，其中HRC和HRA 的K值取0.2，HRB的K值取0.26,。HRA是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）；HRB是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）；HRC是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。洛氏硬度压痕很小，测量值有局部性，需测数点求平均值，适用于成品和薄片。
3）维氏硬度：是以49.03~980.7N的负荷，将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压在材料表面，保持规定时间后卸载，测量压痕对角线长度，再按下式计算硬度：
HV=0.189F/d2
维氏硬度适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。还有小负荷维氏硬度，试验负荷为1.961~49.03N，适用于较薄工件、工具表面或镀层硬度的测定；显微维氏硬度，试验负荷小于1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。
5.什么是材料的疲劳？有哪些指标反映材料的疲劳性能？
答：1）疲劳是指材料在循环受力（拉伸、压缩、弯折、剪切等）下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。
2）疲劳性能是材料抵抗疲劳破坏的能力，常以S-N曲线表征，S为应力水平，N 为疲劳寿命，即在循环载荷下，产生疲劳破坏所需的应力或应变循环数。
6.什么是热膨胀？其受什么因素影响？
答：1）大多数物质的体积都随温度的升高而增大，这种现象称为热膨胀。
2）材料的热膨胀性与材料中原子结合情况有关，结合键越强则原子间作用力越大，原子离开平衡位置所需的能量越高，则热膨胀系数越小。结合紧密的晶体的热膨胀系数比结构松散的非晶体的热膨胀系数大；共价键材料与金属相比，一般具有较低的热膨胀系数；离子键材料与金属相比，具有较高的热膨胀系数；高分子材料与大多数金属和陶瓷相比具有较大的热膨胀系数；塑料的线膨胀系数一般高于金属的3~4倍。
7.何谓压电效应？简述其产生原因。
答：1）当对石英晶体在一定方向上施加机械应力时，在其两端表面上会出现数量相等、符号相反的束缚电荷；当作用力反向时，表面电荷电性也反号，而且在一定范围内电荷密度与作用力成正比。反之，石英晶体在一定方向的电场作用下，则会产生外形尺寸的变化，在一定范围内，其形变与电场强度成正比。前者称为正压电效应，后者称为逆压电效应，统称为压电效应。
2）晶体的压电效应的本质是因为机械作用（应力与应变）引起了晶体介质的“极
