材料导论复习题与答案.docx

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材料导论复习题与答案

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。

P264

复合材料：

把两种材料结合在一起，发挥各自的长处，又在一定程度上克服各自固有的弱点，这统称为复合材料。

P287

界面：

在复合材料中，通常由一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。

分散相是以独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在相界面。

P287

4.晶向指数的确定步骤、晶面指数的确定步骤？

P9-10

A.晶向指数

B.晶面指数

5.阐述主价键和次价键的特点，并讨论由此产生的材料性能上的区别。

P2-4

特点：

主价建结合力较强，次价键结合力较弱。

离子键：

正负离子静电吸引力较强，具有较高熔点，脆性，且是良好的电绝缘体。

共价键:

结合力很大，因此共价晶体结构比较稳定，具有硬度高、强度大、脆性大、熔点高等性质。

金属键：

金属键的本质特征使金属具有良好的导电性、导热性，具有正的电阻温度系数，具有金属光泽和良好的延展性。

范德华力：

范德华尔斯键很弱，分子晶体结合力很小，在外力作用下，易滑动，造成较大的变形，熔点低，硬度也低。

氢键：

液态稳定范围较宽。

6.何为再结晶？

包括哪两个过程？

何为一次再结晶和二次再结晶？

发生二次再结晶的条件有哪些？

再结晶：

当变形金属经高于回复温度加热时，在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织，而性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，该过程称为再结晶。

P215

两个过程：

形核与长大。

P216

一次再结晶、二次再结晶：

再结晶完成后晶粒长大有两种类型：

一种是随温度的升高或时间的增长而均匀地连续长大，称为正常长大；另一种是不连续不均匀地长大，称为反常长大，也称二次再结晶。

P221

条件：

二次再结晶的驱动力来自界面能的降低。

P222

7.根据链原子组成高分子材料可分为哪几类？

各举一例。

根据材料来源又分为哪几类？

P253

根据链原子：

①链原子全部由碳原子组成的碳链高分子，如聚乙烯；②链原子除碳原子外，还含有O、N、S等杂原子的杂链高分子，如聚乙二醇；③链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子，不含C原子的元素邮寄高分子，如聚二甲基硅氧烷。

根据材料来源：

①天然高分子，②半天然高分子（如硝化纤维），③合成高分子。

8.金属基复合材料有哪些种类？

试分析其性能特征。

P296-299

A.按增强体类型分：

①连续纤维金属基复合材料；②非连续纤维金属基复合材料；③自生增强金属基复合材料；④层板金属基复合材料。

B.按基体类型分：

主要有铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、镍基、耐热金属基、金属间化合物基等复合材料。

性能特征：

①高比强度、比模量；②良好的导热导电性能；③热膨胀系数小、尺寸稳定性好；④良好的高温性能；⑤良好的耐磨性；⑥良好的断裂韧性和抗疲劳性能；⑦不吸潮、不老化、气密性好；⑧可设计性强。

9.比较陶瓷材料中的位错与金属材料中的位错有何异同。

（见ppt）

陶瓷晶体和金属晶体一样含有位错。

位错来自于晶体生长和受外力时的晶体变形。

观察到SiC晶体生长的蜷线，这和螺位错的存在有关。

通过实验观察陶瓷晶体，如MgO，Al2O3，ZrO2，SiC等都包含位错。

与金属相比，陶瓷晶体中固有的位错特别是可动位错很少，另外，金属在变形时可大量增殖位错，而陶瓷晶体由于是以离子键或共价键结合，因此滑移系少，且位错运动的柏氏矢量大，这些都导致了陶瓷变形困难。

10.最常见的金属晶体结构有哪三种结构？

分别以何种字母表达？

P19

①体心立方结构（bcc或A2）;②面心立方结构（fcc或A1）;③密排六方结构（hcp或A3）。

11.离子键、共价键及金属键分别具有哪些特性？

P2-4

离子键：

正负离子静电吸引力较强，具有较高熔点，脆性，且是良好的电绝缘体。

共价键:

结合力很大，因此共价晶体结构比较稳定，具有硬度高、强度大、脆性大、熔点高等性质。

金属键：

金属键的本质特征使金属具有良好的导电性、导热性，具有正的电阻温度系数，具有金属光泽和良好的延展性。

12.共聚物从结构特征上分为哪四类？

A.无规共聚物;B.交替共聚物;C.嵌段共聚物;D.接枝共聚物

13.什么是高分子材料的聚集态？

P265高分子材料的聚集态主要有哪些类型？

P267-273

高分子材料的聚集态结构又称超分子结构，指高分子材料内分子链的排列与堆砌结构。

A.非晶态；B.结晶态；C液晶态；D.取向态。

14.为什么陶瓷材料的抗压强度远高于抗拉强度？

（P246）

15.复合材料的增强体应具备何特征？

（P288-289）

A.增强体应具有能明显提高基体某种所需的特性；B.应具有良好的化学稳定性；C.与基体有良好的润湿性。

16.金属的回复是何种过程？

（P213）

回复是指冷变形金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前的微观结构及性能变化的过程。

17.冷形变金属在加热过程中内部结构发生的变化分为哪几个阶段？

在各阶段中金属的强度、内应力、电阻等发生怎样变化？

（P211-213）

回复、再结晶、晶粒长大。

强度和硬度的变化：

通常在回复阶段硬度只发生较小变化，再结晶阶段则下降较多。

强度具有与硬度相似的变化规律。

内应力的变化：

金属经塑性形变所产生的内应力在回复阶段基本得到消除，但其中微观内应力只有通过再结晶方可完全消除。

电阻：

回复过程中变形金属电阻率明显下降。

18.金属回复动力学曲线具有哪些特点？

（见ppt）

1回复是一个弛豫过程，没有孕育期；

2开始变化快，随后变慢；

3长时间处理后，性能趋于一个平衡值。

19.金属材料应力-应变曲线特征？

阐述曲线上特征点的含义？

弹性形变的实质是什么、难易程度取决于什么及主要特征有哪些？

由上至下特征点意义分别为：

抗拉强度、屈服强度（𝛿0.2为条件屈服强度）、弹性极限。

弹性形变的实质：

原子偏离平衡位置。

难易程度取决于：

原子间结合力大小。

主要特征：

①理想的弹性形变是可逆形变，加载时变形，卸载时形变消失并恢复原状；②不论是加载或卸载，只要在弹性形变范围内，其应力-应变曲线呈线性关系，即服从胡克定律。

20.金属加工硬化的工程意义？

（XX）

A.是一种非常重要的强化手段，可用来提高金属的强度，特别是那些无法用热处理强化的合金尤其重要；B.加工硬化是某些工件或半成品能够拉伸或冷冲压加工成形的重要基础，有利于金属的均匀变形；C.加工硬化可提高金属零件在使用过程中的安全性。

21.什么是陶瓷？

有几种晶体结构？

其塑性形变的特点是什么？

陶瓷是由粉状原料成形后在高温作用下硬化而形成的制品，是多晶、多相的聚集体。

P227

3种晶体结构：

A.典型的离子型晶体结构；B.硅酸盐的晶体结构；C.共价晶体结构。

P230-239

塑性形变特点：

A.陶瓷晶体难以变形，弹性模量比金属大得多，常高出几倍；B.陶瓷的抗压强度比抗拉强度约高一个数量级；C.陶瓷晶体的理论屈服强度很高，约为E/30，但实际断裂强度却很低，两者相差1-3个数量级。

P245-246

22.无定型聚合物有哪三种力学状态？

各自定义是什么？

（自己整理）

A.玻璃态（温度在Tg以下，聚合物处于玻璃态，指组成原子不存在结构上的长程有序或平移对称性的一种无定型固体状态）；B.高弹态（Tg以上，聚合物转变成高弹态，链段运动但整个分子链不产生移动，高分子所特有的力学状态）C.粘流态（当温度高于粘流温度Tf并继续升高时，高聚物得到的能量足够使整个分子链都可以自由运动，从而成为能流动的粘液，其粘度比液态低分子化物的粘度要大得多，所以称为粘流态。

）

23.何为热固性树脂、何为热塑性树脂？

各举1-2例。

（P311-312）

热固性树脂：

由某些低分子的合成树脂在加热、固化剂或紫外线等作用下，发生交联反应并进过凝胶化阶段和固化阶段形成不溶、不熔的固体（环氧树脂、热固性聚酰亚胺树脂）；

热塑性树脂：

即通称的塑料，该种聚合物在加热到一定温度时可以软化甚至流动，从而在压力和模具的作用下成形，并在冷却后硬化固定（聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚醚砜、杂环类聚合物）。

24.影响复合材料力学性能的主要因素？

（见ppt）

A.增强体的强度及模量；B.树脂基体的强度及化学稳定性；C.应力在界面间传递时树脂与基体间的粘接效能。

25.聚合物基复合材料增强体有哪几类？

简述各自特点。

（见ppt）

A.纤维类增强体，特点：

将强的刚硬的脆性纤维和塑性较好的基体复合在一起，可使材料具有很好的力学性能，如强度、刚度（特别是比刚度比强度），疲劳抗力等。

纤维增强的复合材料中，纤维承受了绝大部分外载荷，而基体只是将力传给纤维，并保持一定的塑性和韧性。

B.颗粒类增强体，特点（P295）：

颗粒类增强体以很细的粉状加入基体中起提高强度、模量、增韧、耐磨、耐热等作用。

26.为什么复合材料断裂能比其组分材料大很多？

（XX）

12、太阳是太阳系里唯一发光的恒星，直径是1400000千米。

27.简述复合材料界面结构和组成，界面作用力有哪些？

并画出界面示意图。

（见ppt）

6、月球是一个不发光、不透明的球体，我们看到的月光是它反射太阳的光。

结构和组成：

这是一个多层结构的过渡区域，并非一单纯几何面，界面区是从与增强材料性质不同的某点开始至与树脂基体整体性质相一致的点间的区域。

缺点：

不仅消耗大量电能，留下残余物，如果控制不好，还会产生有毒物质，造成二次污染。

界面作用力：

A.机械合力；B.物理结合力；C.化学结合力（a.单界面结合力;b.复界面结合力）。

示意图：

界面相内的化学组分、分子排列、热性能、力学性能，呈现连续的梯度性变化，界面相很薄，只有µm级，却有极其复杂的结构。

答：

烧饭时米变成了饭；写字时纸上留下了字迹；下雨后路上的积水慢慢地变成水蒸气消失在空中；岩石风化变成沙子等。

在两相复合过程中，会出现热应力（导热系数、膨胀系数的不同）、界面化学效应（官能团之间的作用或反应）和界面结晶效应（成核诱发结晶、横晶），这些效应引起的界面微观结构和性能特征，对CM的宏观性能产生直接影响。

28.

29.6、蚜虫是黄色的，在植物的嫩枝上吸食汁液，每个蚜虫只有针眼般大小，在10倍放大镜下我们可以看清它们的肢体。

偶联剂及其作用机理。

（见ppt）

偶联剂是这样的一类化合物，它们的分子两端通常含有性质不同的基团，一端的基团与增强体表面发生化学作用或物理作用，另一端的基团则能和基体发生化学作用或物理作用，从而使增强体和基体很好地偶联起来，获得良好的界面粘结，改善了多方面的性能，并有效地抵抗了水的侵蚀。

2、你知道哪些昆虫？

30.

31.3、除了我们日常生活产生的家庭垃圾外，工厂、学校、医院、建筑工地等每天也在产生大量的垃圾。

偶联剂分为哪几类？

各举一例。

（见ppt）

3、怎样做才是解决垃圾问题最有效的方法呢？

（P73）按化学组成，偶联剂主要可分为有机铬（如：

有机酸氯化铬络合物）和有机硅烷类（RnSiX4-n：

R为有机基团，是可与合成树脂作用形成化学键的活性基团,如不饱和双键、环氧基、氨基等；X为易水解的基团，如甲氧基、乙氧基等）两大类，此外还有钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等。

32.

33.答：

水分和氧气是使铁容易生锈的原因。

玻璃纤维表面处理的意义和方法、碳纤维表面处理方法。

（见ppt）

意义：

复合材料的性能不仅与树脂、纤维的性质与含量有关，而且在很大程度上取决于二者的结合状况。

表面处理（包含界面处理），就是在玻璃纤维表面涂一层叫做“表面处理剂”的物质，使纤维与树脂能牢固地结合，以达到提高玻璃钢性能的目的。

19、阳光、空气、水、土壤、岩石、植物、动物……构成了我们周围的环境。

我们人类也是环境中的一部分，我们都生活在一不定的环境之中。

人与自然和谐相处，共同发展，是我们共同的责任。

方法：

①前处理法；②后处理法；③迁移法。

碳纤维表面处理方法：

（1）表面浸涂有机化合物；

（2）表面涂覆无机化合物；（3）表面化学处理；（4）电解氧化处理；（5）等离子体处理。