材料概论练习题答案-1

绪论1. 什么是材料？答：材料是由一定配比的若干相互作用的元素组成、具有一定结构层次和确定性能，并能用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质2. 人类文明历史与材料发展的关系？答：材料是人类文明的里程碑 ; 材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础；人类的历史曾以使用的主要材料来加以划分。

3.材料按组成、结构特点可分为哪几类？无机非金属材料水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料金属材料黑色、有色、特殊金属材料高分子材料塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂复合材料- 碳材料金属基、陶瓷基、树脂基、碳4. 材料科学与工程的概念？答：材料科学与工程是关于材料成分、结构、工艺和它们性能与应用之间有关知识开发和应用的科学。

它是一个多学科的交叉领域，是从科学到工程的一个专业连续领域。

同时材料科学与工程学科以数学、力学及物理、化学自然科学为基础，以工程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合、多学科交叉的新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学和工程学。

5.日本专家岛村昭治将材料的发展历史划分为哪五代？答：旧石器时代新石器时代青铜器时代铁器时代高分子材料与硅材料时代第二章MSE 的四个基本要素1.材料科学与工程的四个要素是什么？答：组成，结构，合成与加工，性质 / 使用性能2.什么是材料的化学组成？相的概念？材料相的组成？答：材料的化学组成：组成材料最基本、独立的物质，可为纯元素或稳定的化合物，以及其种类和数量；相：材料中具有同一化学成分并且结构相同的均匀部分称为相；组成材料的相的种类和数量称为相组成3. 什么是材料的结构？答：材料的结构是指材料的组元及其排列和运动方式。

包含形貌、化学成分、相组成、晶体结构和缺陷等内涵。

材料的结构决定材料的性能4. 材料的合成的概念？材料加工的概念？答：合成：常常是指原子和分子组合在一起制造新材料所采用的物理和化学方法。

合成是在固体中发现新的化学现象和物理现象的主要源泉。

加工：这里所指的是成型加工，除了上述为生产出有用材料对原子和分子控制外，还包括在较大尺度上的改变，有时也包括材料制造等工程方面的问题合成与加工是指建立原子、分子和分子聚集体的新排列，在从原子尺度到宏观尺度的所有尺度上对结构进行控制以及高效而有竞争力地制造材料和零件的演变过程5.材料的性能、材料的功能以及材料使用性能的含义？答：材料的性能：合成与加工是指建立原子、分子和分子聚集体的新排列，在从原子尺度到宏观尺度的所有尺度上对结构进行控制以及高效而有竞争力地制造材料和零件的演变过程；材料的功能：指物质（材料）对应于某种输入信号时，所产生的质或量的变化，或其中某些变化会产生一定的输出，即能产生另一种效应。

如压电效应，热电效应等。

材料使用性能：是材料在使用条件下应用性能的度量，通常指材料在最终使用状态时的行为，是材料固有性质与产品设计、工程能力和人类需要相融合在一起的一个要素，必须以使用性能为基础进行设计才能得到最佳的方案。

6.材料科学与工程四个要素之间的关系？答：材料的性质取决于其内部结构，只有改变了材料的内部结构才能达到改变和控制材料性能的目的，而材料的合成和加工工艺常常对材料的结构起决定性作用。

逻辑上的因果关系：合成与加工产生结构与成分，结构与成分具备材料性质，材料性质提供使用性能。

本章补充：合成是新技术开发和现有技术改进的关键性要素现代材料合成技术是人造材料的唯一实现途径；无论是为制造某种产品选择合适材料，选择最佳的加工工艺，正确地使用材料，还是改善现有材料或者研制新材料，都需要我们具有材料内部结构与性能的知识，都需要材料科学的理论指导．特别是新型材料，其主要特点是以科学为基础，与新技术、新工艺的发展有相互依存、相互促进的关系．论述题（ 2 题共 30 分，每题15 分）1．加工与合成的定义和主要内容是什么？以及它们的关系是什么？发展方向是什么？答：“合成”与“加工”是指建立原子、分子和分子团的新排列，在所有尺度上（从原子尺寸到宏观尺度）对结构的控制，以及高效而有竞争力地制造材料与元件的演化过程。

合成是指把各种原子或分子结合起来制成材料所采用的各种化学方法和物理方向。

2．加工可以同样的方式使用，还可以指较大尺度上的改变，包括材料制造。

提高材料合成与加工的技术水平是我们的最重要的课题。

材料科学与工程的四要素是什么，它们之间的关系如何？a)使用性能b)材料的性质c)结构与成分d)合成与加工第三章金属材料1.区分几个重要概念：金属材料，合金，固溶体，金属间化合物，强度，韧性，塑性答：金属材料 (Metallic Materials) ：纯金属和以纯金属为基体的合金材料的总称。

合金 (Alloy) ：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成。

固溶体 (Solid solution) ：合金组元间以不同比例相互混合形成的具有与某一组元相同晶体结构的合金（置换固溶体和间隙固溶体）金属间化合物（ Intermetallics) ：合金组元相互作用形成的具有自己独特的晶体结构和性质的新相。

强度 (Strength) ：材料在载荷作用下抵抗塑性变形或破坏的最大能力（屈服强度和抗拉强度）韧性： (Ductility) ：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。

塑性(Plasticity) ：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。

2.金属材料的主要特点和类型。

答：常温下是固体，熔点较高，密度较大，有光泽，延展性、韧性、可加工性好，导热性、导电性好，易氧化。

类型：黑色金属、有色金属、特殊金属。

3.炼铁、炼钢的主要原料、工艺及其作用。

答：炼铁：铁矿石、石灰石、焦炭、锰铁矿；炼钢：生铁、焦炭。

工艺及作用：书上P167 4.钢中合金元素的存在形式及其作用。

答： 1.溶入固溶体（铁素体、奥氏体），固溶强化。

2.溶入奥氏体，提高淬透性，形成更多马氏体，提高强度。

3.形成稳定碳化物，加热时阻碍晶粒长大，细化晶粒。

4.碳化物，具有高硬度，提高耐磨性。

5.形成稳定碳化物，弥散分布，弥散强化。

6.推迟回火转变，提高回火稳定性，在某些高合金钢中产生二次硬化。

1.合金元素与铁的作用：溶于铁形成固溶体。

形成稳定扩散慢，影响铁的同素异晶转变；固溶强化——使钢的室温强度提高。

2 . 合金元素与碳的作用非碳化物形成元素：Ni 、 Co、Cu、 Si 、Al 、 N、B；碳化物形成元素：Mn、 Cr、 Mo、W、 V、 Nb、 Zr 、 Ti合金渗碳体合金碳化物第四章无机非金属材料（1）1.无机非金属材料主要包括哪些材料？它们有哪些主要特征？答：陶瓷，玻璃，水泥，耐火材料。

特征：熔点高，硬度高，强度高，耐高温，耐腐蚀，耐磨损，耐氧化，绝缘性好，脆性大，弹性模量大，化学稳定性好，一般为脆性材料。

2.陶瓷由哪些相组成？各相对陶瓷材料性能有何影响？答：晶体相：陶瓷材料最主要的组成相其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性。

玻璃相：玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构类似于玻璃。

积极作用：填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度；阻止晶型转变、抑止晶粒长大。

不利影响：陶瓷强度、介电常数、耐热性能。

气相：坯体各成分在加热过程中发生物理、化学作用所生成的空隙。

不利影响：降低材料的强度，是造成裂纹的根源。

（陶瓷定义：以粘土、长石、石英为主要原料，经过粉碎、混炼、成型、锻烧等制作的产品。

广义陶瓷：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和产品的通称。

）3.简述特种陶瓷的定义。

特种陶瓷与普通陶瓷有何区别？答：定义：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行结构设计及控制制造的方法进行制造、加工的，具有特殊性能的陶瓷。

与普通陶瓷的区别原料上：纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等，材料组成精确调配；制备上：突破了炉窑的界限，广泛采用真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段；性质上：特殊力学、物理和化学性能。

第四章无机非金属材料（ 2）8.硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成？答：硅酸三钙3CaO · SiO2C3S硅酸二钙2CaO· SiO2C2S铝酸三钙3CaO· Al2O3C3A铁铝酸四钙4CaO ·Al2O3·Fe2O3C4AF9. 简述玻璃的定义及其具有哪些特性？答：熔融体过冷制得的具有固体性质和一定结构特征的非晶态物质。

特性：各向同性，介稳性，固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性，性质随成分变化的连续性和渐变性10.按组成分类，玻璃是如何命名的？按应用分类，玻璃的主要种类及用途有哪些？答：应用分：普通玻璃和特种玻璃，用途：日用玻璃，建筑玻璃，光学玻璃，玻璃纤维（普通玻璃）；辐射玻璃，激光玻璃，光纤玻璃，非线性光学玻璃（特种玻璃）。

11.简要介绍玻璃的生成工艺流程。

答：原料配制，熔制，成型（压制成型，吹制成型，拉制成型，延展成型，浇注成型，离心成型，烧结成型，喷吹成型，浮法成型），退火。

12. 玻璃生产过程中退火起什么作用？答：将玻璃加热至一定温度进行热处理并采取适宜的冷却工艺制度，从而消除或减少玻璃在生产过程中因激烈、不均匀的温度变化而产生的热应力。

第五章高分子材料1.区分几个重要概念：高分子，单体，玻璃钢，合成纤维，无机高分子，加聚反应，缩聚反应答：高分子：有结构单元通过共价键的形式通过聚合反应重复连接而成的链状化合物，子也称聚合物或是高聚物，英文都是polymer 。

单体：通过聚合反应能制备高分子化合物的高分物质称做单体。

玻璃钢：以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。

合成纤维：以简单化合物为原料 , 通过聚合或缩聚反应制成成纤高分子物，再通过纺丝和后处理加工制成纤维。

加聚反应：由不饱和低分子化合物相互加成或由环状化合物开环连接成大分子的反应。

缩聚反应：由具有两个以上官能团的低分子化合物聚合成高分子化合物，同时析出某些小分子物质 ( 如水、氨、醇、氯化氢等 ) 的反应。

2.高分子及高分子材料的主要特点。

答：分子量多分散性，只有一定的范围，是分子量不等的同系物的混合物；分子量很大（104-107 ，甚至更大）没有固定熔点，只有一段宽的温度范围；没有沸点和固定的熔点，分子间力很大，加热到 200oC-300oC 以上，材料破坏（降解或交联）。

链式结构柔性分子链大部分高分子的主链具有一定的内旋转自由度。

由于这一突出特点，聚合物显示出了特有的性能，表现为“三高一低一消失”。

既是：高分子量、高弹性、高黏度、结晶度低、无气态。

因此这些特点也赋予了高分子材料（如复合材料、橡胶等）高强度、高韧性、高弹性等特点。

3.丁苯橡胶制备中进行硫化与增强的主要目的、方法及其作用。

答：目的：制品强度很低、弹性小、遇冷变硬、遇热变软、遇溶剂溶解等，无使用价值，通过硫化才能获得必需的使用性能。