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材料科学与工程基础第二版考试必备宝典

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第1章绪论1. 材料科学与工程的四个基本要素解：制备与加工、组成与结构、性能与应用、材料的设计与应用2 .金届、无机非金届材料、高分子材料的基本特性解：①金属材料的基本特性：a.金属键；b.常温下固体，熔点较高；c.金属不透明，具有光泽；d.纯金属范性大、展性、延性大； e.强度较高；f.导热性、导电性好；g.多数金属在空气中易氧化。

②无机非金属材料的基本性能：a.离子键、共价键及其混合键；b.硬而脆；c.熔点高、耐高温，抗氧化；d.导热性和导电性差；e.耐化学腐蚀性好；f.耐磨损；g.成型方式：粉末制坯、烧结成型。

③高分子材料的基本特性：a.共价键，部分范德华键；b.分子量大，无明显熔点，有玻璃化转变温度（Tg）和粘流温度（Tf）； c.力学状态有三态：玻璃态、高弹态和粘流态；d.质量轻，比重小；e.绝缘性好；f.优越的化学稳定性；g.成型方法较多。

第2章物质结构基础1 .在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？解：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则2. 电离能及其影响电离能的因素解：电离能：从孤立原子中，去除束缚最弱的电子所需外加的能量。

影响因素：①同一周期，核电荷增大，原子半径减小，电离能增大；②同一族，原子半径增大，电离能减小；③电子构型的影响，惰性气体；非金属；过渡金属；碱金属；3 .混合键合实例解：石墨：同一层碳原子之间以共价键结合，层与层之间以范德华力结合；高分子：同一条链原子之间以共价键结合，链与链之间以范德华力结合。

4. 将离子键，共价键，金届键按有无方向性进行分类，简单说明理由有方向性：共价键无方向性：离子键，金属键③金属键：正离子排列成有序晶格，每个原子尽可能同更多的原子相结合，形成低能量的密堆结构，正离子之间相对位置的改变不破坏电子与正离子间的结合力，无饱和性又无方向性。

②共价键：共用电子云最大重叠，有方向性③离子键：正负离子相间排列，构成三维晶体结构，无方向性和饱和性5. 简述离子键，共价键，金届键的区别6. 为什么共价键材料密度通常要小于离子键或金届键材料金届密度高的两个原因：第一，金属有较高的相对原子质量。

第二，金属键没有方向性，原子趋于密集排列。

7. 影响原子（离子）间距的因素：（1）温度升高，原子间距越大，热膨胀性；（2）离子价负离子的半径 > 其原子半径 > 正离子的半径（3）键能增强，原子距离缩短，键长减少（C-C单,双，奎键）；（4）相邻原子的数目（配位数）配位数增加，相邻原子的电子斥力越大，原子间距增大。

相邻原子的数目越多，原子间距（结合原子或离子有效半径）越大。

8. 原子的电子排布式按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布。

解：N:1s22s22p3 O:1s 22s22p4 Si:1s 22s22p63s23p 2Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 Cu:1s22s22p63s23p63d104s1Br:1s22s22p63s23p63d104s24p59 .比较金届材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。

解：①金属材料：简单金属（指元素周期表上主族元素）的结合键完全为金属键，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合，但以金属键为主。

②陶瓷材料：陶瓷材料是一种或多种金属同一种非金属（通常为氧）相结合的化合物，其主要结合方式为离子键，也有一定成分的共价键。

③高分子材料：高分子材料中，大分子内的原子之间结合方式为共价键，而大分子与大分子之间的结合方式为分子键和氢键。

④复合材料：复合材料是由二种或者二种以上的材料组合而成的物质，因而其结合键非常复杂，不能一概而论。

10 .比较键能大小，简述各种结合键的主要特点，简述结合键类型及键能大小对材料的熔点、密度、导电性、导热性、弹性模量和塑性有何影响。

解：键能大小：化学键能 > 物理键能共价键a离子键 > 金属键 > 氢键 >范德华力共价键中：奎键键能 >双键键能 >单键键能结合键的主要特点：①金属键，由金属正离子和自由电子，靠库仑引力结合，电子的共有化，无饱和性，无方向性；②离子键以离子为结合单元，无饱和性，无方向性；③共价键共用电子对，有饱和性和方向性；④范德华力，原子或分子间偶极作用，无方向性，无饱和性；⑤氢键，分子间作用力，氢桥，有方向性和饱和性。

结合键类型及键能大小对材料的熔点、密度、弹性模量和塑性的影响：①结合键的键能大小决定材料的熔点高低，其中纯共价键的金刚石有最高的熔点，金属的熔点相对较低，这是陶瓷材料比金属具有更高热稳定性的根本原因。

金属中过渡金属具有较高的熔点，这可能是由于这些金属的内壳层电子没有充满，是结合键中有一定比例的共价键。

具有二次键结合的材料如聚合物等，熔点偏低。

②密度与结合键类型有关，金属密度最高，陶瓷材料次之，高分子材料密度最低。

金属的高密度有两个原因：一个是由于金属原子有较高的相对原子质量，另一个原因是因为金属键的结合方式没有方向性，所以金属原子中趋向于密集排列，金属经常得到简单的原子密排结构。

离子键和共价键结合时的情况，原子排列不可能非常致密，所以陶瓷材料的密度比较低。

高分子中由于是通过二次键结合，分子之间堆垛不紧密，加上组成的原子质量比较小，所以其密度最低。

③弹性模量是表征材料在发生弹性变形时所需要施加力的大小。

结合键的键能是影响弹性模量的主要因素，键能越大，则弹性模量越大。

陶瓷250~600GPa ,金属70~350GPa ,高分子0.7~3.5GPa。

④塑性是一种在某种给定载荷下，材料产生永久变形的材料特性。

材料的塑性也与结合键类型有关，金属键结合的材料具有良好的塑性，而离子键、共价键的材料的塑性变形困难，所以陶瓷材料的塑性很差，高分子材料具有一定的塑性。

11. 晶体的共同性质1）确定的熔点温度升高到某一值，排列方式解体，原子成无规则堆积，呈现液体；2）自发形成规则多面体外形的能力；3）稳定性（能量最低状态）；4）各向异性（不同方向，物理性能不同）；5）均匀性（一块晶体各部分的宏观性质相同）12. 名词解释：致密度：晶胞中原子体积的总和与晶胞体积之比。

13 .同素异构转变，并举例说明。

解：同素异构转变：改变温度或压力等条件下，固体从一种晶体结构转变成另一种晶体结构。

例：铁在不同温度下晶体结构不同，< 906 C体心立方结构，a-Fe 906〜1401 C面心立方结构，Y- Fe 1401 C〜熔点（1540 C）体心立方结构，& Fe 高压下（150kPa）密排六方结构， l Fe14 .按键合类型，晶体分哪几类？各自的键合类型和主要特点如何？解：按键合类型，晶体分为：金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体。

①金属晶体：金属键结合；失去外层电子的金属离子与自由电子的吸引；无方向性和饱和性；低能量密堆结构。

（大多数金属晶体具有面心立方，体心立方和密排六方结构，金属晶体的原子排列比较紧密，其中面心立方和密排六方结构的配位数和致密度最高。

）② 离子晶体：离子键结合，无方向性和饱和性；正离子周围配位多个负离子，离子的堆积受邻近质点异号电荷及化学量比限制；堆积形式决定于正负离子的电荷数和正负相对大小。

（硬度高、强度大、熔点和沸点高、热膨胀系数小、脆性大、绝缘高等特点。

）③共价晶体：共价键结合，具有方向性和饱和性；配位数和方向受限制，晶体的配位数为（8-N ）。

N表示原子最外层的电子数。

（强度高、硬度高、脆性大、熔点高、沸点高、挥发性低、导电能力较差和结构稳定等特点。

配位数比金属晶体和离子晶体低）④分子晶体：范德华键合氢键结合；组元为分子，仅有范德华键时，无方向性和饱和性，趋于密堆，分子对称性较低以及极性分子永久偶极相互作用，限制了堆砌方式；有氢键时，有方向性和饱和性。

15.2-1516书中各例题17.18. 已知916 C时，y-Fe (面心立方)的点阵常数为0.365 nm ,分别求(100 ) , (111 ) , (112 )的晶面间距。

属于立方晶系d=a/柄2+k2+l2,面心立方j、k、l不全为奇数或不全为偶数时d=a/2 柄2+k2+l2 (100 )面，d=a/2 柄2+k2+l22=0.1825nm(111 )面，d=a/ vh2+k2+l2=0.2107nm(112 )面，d=a/2 柄2+k2+l2=0.4470nm19. 2-39 在温度为912 C,铁从bcc转到fcc。

此温度时铁的两种结构的原子半径分别为0.126nm 和0.129nm , (1 )求其变化时的体积变化V/O。

从室温加热到铁1000 C,铁的体积变化？解：(1) bcc N 1=2 fcc N 2=4PI=(N 1/Na)M Fe/a31, p2=(N 2/Na)M Fe/a32 盘I/缶=Ma%/ N2a3〔=0.986VO = (V1 - V2)/V1=1 - V2/ V1•••Vo =1 - 0.986=0.014 .•.其变化时的体积变化为0.014。

(2) 912 C时，由bcc转变为fcc,体积减小；912 C-1000 C,受热膨胀，体积增大20. 计算面心立方、体心立方和密排六方晶胞的致密度解*面心立方：N = = X8 +三X6 = 4, d = F 。

8 - -4 X -7T (—= Q )3 APF =————=074W体心立方w N=l + -x8 = 2, d =一a3 —2 x 4TT (，a)3APF= 5^34 = 0,68密排六方:C …2 =6(7J d G = t+：=d 『N=12x] + 2x ：+3 = 6 Cl J3 4 o Z 13a 3 3G Z 2 — — 取加七 7 V = ix fl ~x 6*c =^- 6a = 3 2s APF = —^ = -=TT = 0J4 2 2 2 3 3 2a 3 6「•面心立方的致密度为0.74,体心立方的致密度为0.68,密排六方的致密度为0.74.21. 计算(a)面心立方金届的原子致密度；(b)面心立方化合物NaCl 的离 子致密度(离子 半径r(Na+)=0.097,r(Cl-)=0.181 ) ; (c)由计算结果，可以引出什么结论？47 , A jn - 、 4x^—7T l{—T'tz)解：(a) —p L . = 0.74・',面心立方金属的原子致密度为0, 74o(b) N (N 或二3*4*1/4+1 二4 N (C1D 二6*1/2+2*心1/8二4a=2r(Na>2r(cr)=0,55605563(c)结论：原子大小相同时，致密度与原子的大小无关；当有不同种类的原子出现 时，其原子的相对大小必然影响致密度。

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材料科学与工程基础复习知识点

材料科学与工程基础复习知识点

材料复习知识点第二章物质结构基础原子中电子的空间位置和能量1、电子的统计形态法描述四个量子数n, 第一量子数:决定体系的能量n = 1, 2, 3…（整数），n=1时为最低能级K, L, M…l, 第二量子数:决定体系角动量和电子几率分布的空间对称性l = 0, 1, 2, 3, 4 (n-1) n = 1，l = 0s p d f g 状态 n = 2，l = 0，1 (s, p) m l, 第三量子数:决定体系角动量在磁场方向的分量m l = 0，±1，±2，±3 有（2l+1）个m s, 第四量子数：决定电子自旋的方向 +l/2，-l/22、电子分布遵从的基本原理：（1）泡利不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，即同一原子中，最多只能有两个电子处于同样能量状态的轨道上，且自旋方向必定相反。

n=1时最多容纳2个电子n=2时最多容纳8个电子主量子数为n的壳层中最多容纳2n2个电子。

（2）能量最低原理：原子核外的电子是按能级高低而分层分布，在同一电子层中电子的能级依s、p、d、f的次序增大。

（3）洪特规则：简并轨道（相同能量的轨道）上分布的电子尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。

请写出Fe和Cu原子的外层电子排布Fe:(26)1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2Cu:(29)1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1结合方式基本结合：离子键、金属键、共价键------化学键合派生结合：分子间作用力、氢键-------物理键合基本结合：1. 离子键合离子键：原子核释放最外层电子变成的正离子与接收其放出电子而变成的负离子相互之间的吸引作用（库仑引力）所形成的一种结合。

典型的离子化合物有NaCl、MgCl2等。

特点：①电子束缚在离子中；②正负离子吸引，达到静电平衡，电场引力无方向性和饱和性----产生密堆积，取决于正负离子的电荷数和正负离子的相对大小。

材料工程基础考试复习内容提纲

材料工程基础考试复习内容提纲

考试复习内容提纲本课程考试由3个班一起进行，由其他老师出题，几个班共同考试。

内容涵盖了本学期所讲的各部分内容。

知识点相对比较广，所以应认真复习，熟悉和巩固所学知识，不要只想考前突击！题型包括：填空、单项选择题、判断题和简答题。

1. 固态相变与热处理亚共析钢、过共析钢，共析钢的正火、淬火温度范围，回火的分类及一般各得到什么组织；等温冷却转变曲线上，以不同冷却方式冷却时（即冷却速度不同），所处理工艺的名称，以及过冷奥氏体转变后得到的组织是什么？！淬透性、淬硬性的概念和区别；钢铁渗碳和渗氮的基本工艺和区别2. 金属材料（包括钢铁和有色金属）一、钢铁材料钢铁材料方面种类较多，要掌握常见的钢铁牌号所表示哪一类钢，主要成分大致是多少，一般何种热处理工艺后，主要做什么用！①结构钢，如Q235，Q345等知道这是什么钢，主要成分大概范围，一般在何种热处理状态下，有何用途②调质钢，如40Cr，40MnVB等知道这是什么钢，主要成分大概范围，一般在何种热处理状态下，有何用途③弹簧钢，如65Mn，60Si2Mn等...........（同上）④轴承钢，如GCr15，GCr9等……. （同上）⑤工具钢，如W18Cr4V，3Cr2W8V等……（同上）⑥高锰钢性能特点和热处理的组织⑦不锈钢，奥氏体1Cr18Ni9Ti，马氏体9Cr18，以及铁素体1Cr17等，这些不同组织的不锈钢有防腐上给有什么特点，适合做什么设备或器件。

二、有色金属有色金属主要为Al、Cu、Ti。

相对于钢铁，它们的主要性能特点。

它们的分类，以及在有色金属中，如Al，常用到的热处理和强化方法。

有色金属如Cu合金牌号的表示方法和含义三、铸铁C在铸铁中的存在形式，石墨在铸铁中的形态？以铸铁断口颜色来分，铸铁有哪几类？铸铁相对于钢铁来说有哪些性能优点，常可以用于做什么零件铸铁常见的牌号表示的含义，如HT200，QT400-15等3. 高分子、陶瓷及复合材料高分子相关的部分内容另外两个班这学期才上，我们这个班在上学期已经讲了大部分内容，所以讲课时要求大家回顾和自己再复习。

材料科学基础复习资料

材料科学基础复习资料

材料科学基础复习资料材料科学基础是各个工程领域的基本学科，是各个领域的基础。

材料科学基础涵盖了材料的结构、物理与化学性质、制备工艺等方面内容，是材料科学领域学习过程中必须掌握的知识。

因此，为帮助有需要的人顺利复习材料科学基础知识，本文整理了一些相关的复习资料。

一、材料基础知识1. 基本的物理性质：包括化学成分、密度、电导率、热导率等基本参数，通常在每种材料的材料数据表中都可查到。

2. 结构相关：晶体结构：晶体结构指材料中原子、离子、分子排布的类型和规律，常用的晶体结构有：立方晶系、四方晶系、六方晶系、等轴晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系等。

非晶态：非晶态作为一种新兴的材料类型，其分子呈无序排列，在某些情况下可能拥有更好的性能。

3. 材料特性：热膨胀系数：在温度变化时，材料线膨胀的速度大小，通常用公式ΔL/L0 = αΔT 表示，其中α为热膨胀系数。

韧性：材料在受到剪切力或拉伸力时的弹性变形程度，是一种考量材料性能的指标，通常可以通过材料变形曲线进行查看。

4. 金属与合金相关：金属材料通常具有良好的导电、导热等特性，同时在高温、高压等环境下具有较强的稳定性。

合金则通常是由多个金属或者非金属元素组成的混合物，其性质与材料组分、配比等有关。

二、材料治理、工艺及应用1. 材料的处理：常用材料的处理包括固化、焊接、框架处理、表面处理以及高压工艺等，其中固化的过程包括了煅烧、烧结等过程。

2. 材料配方：通常材料的配方根据材料的成分、目的等进行确定，其中分子键长、键能以及分子排列等指标都可能用来确定最终配方。

3. 材料的加工工序：通常材料加工工序包括切削、钣金、打压成形等过程，每个工序都会影响材料的性质和特性。

三、材料的主要分类1. 材料的物理分类：主要涉及到材料的形态、密度以及各种物理性质，通常有固体、液体、气体以及等离子体等分类方式。

2. 材料的化学分类：不同的元素应用于不同的方案分类，这种分类通常依据材料的化学成分。

材料工程基础全复习资料

材料工程基础全复习资料

材料工程基础复习资料一、绪论1、概念：科学：对于现象的观察、描述、确认、实验研究及理论解释。

技术：泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能。

工艺：使各种原材料、半成品加工成为产品的方法和过程。

工程：将科学原理应用到实际目标，如设计、组装、运转经济而有效的结构、设备或系统。

材料工程：是工程的一个领域，其目的在于经济地，而又为社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状。

2、材料科学与工程的任务？材料科学与工程是关于材料成分、结构、工艺和它们的性能与用途之间有关的知识和应用的科学。

3、传统材料加工包括哪几个方面？①传统的金属铸造②塑性加工③粉末材料压制、烧结或胶凝固结为制品④材料的焊接与粘接材料的切除，材料的成型，材料的改性，材料的连接二、材料的熔炼1、钢铁冶金1）、高炉炼铁生产过程：①还原：矿石中的铁被还原；②造渣：高温下石灰石分解形成的氧化钙与酸性脉石形成炉渣；③传热和渣底反应：被还原的矿石降落使温度升高加速反应将全部氧化铁还原成氧化亚铁，风口区残余的氧化亚铁还原成铁，与炉渣一起进入炉缸。

2）、炼钢过程中的理化过程：①脱碳：碳被氧气直接氧化：→2CO在温度高于1100℃条件下 2C＋O2间接氧化:在温度低于1100℃条件下 2Fe＋O→2FeO2C＋FeO→Fe＋CO②硅、锰的氧化：a.直接氧化反应：Si＋O2 → Si022Mn＋O2 → 2MnOb.间接氧化，但主要是间接反应：＋2FeSi＋2FeO → Si02Mn＋FeO → MnO＋Fe③脱磷：磷是以磷化铁(Fe2P)形态存在，炼钢利用炉渣中FeO及CaO与其化合生成磷酸钙渣去除 Fe2P＋5FeO＋4CaO→(CaO)4·P2O5＋9Fe④脱硫：硫是以FeS形式存在，利用渣中足够的CaO，把其中FeS去除。

反应式为 FeS + CaO-->FeO + CaS⑤脱氧（再还原）：通常采用的脱氧剂有：锰铁、硅铁和铝等。