材料科学与工程复习思考题

第1章绪论
思考题
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．材料科学与工程定义
解：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学。

3．按材料特性，材料分为哪几类？金属通常分哪两大类？无机非金属材料分哪四大类？
高分子材料按使用性质哪几类？
解：按材料特性，材料分为：金属材料、无机非金属材料、和有机高分子材料三类。

金属材料分为：黑色金属材料和有色金属材料。

无机非金属材料分为：混泥土（水泥）、玻璃、砖及耐火材料、陶瓷四大类。

高分子材料按使用性能分为：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等类。

4．金属﹑无机非金属材料﹑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Structure of Matter
思考题
1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？
解：主量子数n、角量子数l、磁量子数m l、自旋量子数m s
2．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
3．配位数及其影响配位数的因素
解：配位数：一个原子周围具有的第一邻近原子（离子）数。

影响因素：①共价键数；②原子的有效堆积（离子和金属键合）。

4．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；
5．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。

作业题
2-1 按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布。

解：N:1s22s22p3 O:1s22s22p4 Si:1s22s22p63s23p2
Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 Cu:1s22s22p63s23p63d104s1 Br:1s22s22p63s23p63d104s24p5
2-2 88.83%的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的相对原子质量。

解：镁原子的质子为12
镁原子的相对原子质量M=88.83%(12+13)+11.17%(12+14)=25.11
3．在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？性质如何递变？
解：①在同一周期中，各元素的原子核外电子层数相同，且等于其周期序数。

在同一主族中，各元素的最外层电子数相等，且等于其主族序数。

②在同一周期中，从左到右，核电荷数依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增大，失电子能力减弱，得电子能力增强，因此，金属性减弱，非金属性增强；而同一主族元素中，从上到下电子层数增多，原子半径增大，电离能趋于减小，失电子能力增强，得电子能力减弱，所以，元素的金属性增强，非金属性减弱。

4．比较金属材料、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。

5．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≥离子键 > 金属键 > 氢键 > 范德华力
共价键中：叁键键能 > 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。

思考题
1．空间点阵，配位数
解：空间点阵：一系列在三维空间按周期性排列的几何点称为一个空间点阵。

配位数：一原子最邻近的、等距离的原子数。

2．晶面指数，致密度
解：晶面指数：指面在3个晶轴上的截距系数的倒数比，当化为最简单的整数比后，所得到的3个整数。

致密度：晶胞中原子体积的总和与晶胞体积之比。

3．液晶及其液晶的分类（从分子排列的有序性类，按液晶的形成条件分类）解：液晶：某些结晶物质受热熔融或被溶剂溶解之后，失去固态物质的刚性，变成具有流动性的液态物质，但结构上保存一维或二维有序排列，物理性质上呈现各向异性，兼有部分晶体和液体性质的过渡中间态物质。

①从分子排列的有序性分类：a.丝状相（向列相）；b. 螺旋状相（胆甾相）;c.层状相（近
晶相）
②按液晶的形成条件分类：a.热致液晶；b.溶致液晶
4．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℃体心立方结构，α- Fe
906～1401℃面心立方结构，γ－Fe
1401℃～熔点（1540 ℃）体心立方结构，δ- Fe
高压下(150kPa) 密排六方结构，ε－Fe
5．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。

作业题
1．归纳总结3种典型金属结构的晶体学特点
2．已知916℃时，γ-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。

解：属于立方晶系，面心立方j、k、l不全为
奇数或不全为偶数时
∴（100）面，
（111）面，
（112）面，
2-14计算（a）面心立方金属的原子致密度；（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？
解：（a）
∴面心立方金属的原子致密度为0.74。

（b）N(Na+)=3*4*1/4+1=4 N(Cl-)=6*1/2+2*4*1/8=4
a=2r(Na+)+2 r(Cl-)=0.556
（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。

2-15铁的单位晶胞为立方体，晶格常数为a=0.287nm,请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。

解：
由资料可知，
∴
∴每个单位晶胞所含的原子个数为2。

2-17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：，
体心立方：，
密排六方：，，
，
∴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。

2-21（a）在1mm3的固体钡中含有多少个原子？（b）其原子堆积因子是多少？（c）钡属于哪一种立方结构？（原子序=56，相对原子质量137.3，原子半径=0.22nm，离子半径=0.143nm，密度=3.5mg/mm3）
解：（a）
∴
∴在1mm3的固体钡中含有个原子。

（b）原子堆积因子是金属正离子和自由电子之间的库仑力。

（c）
∴钡属于体心立方结构。

2-23钻石结构的晶格常数a=0.357nm,当它转变成石墨时，体积变化的百分比是多少？（石墨密度2.25mg•mm-3）
解：钻石属于面心结构，有4个体心
∴
∴
∴
∴钻石转变为石墨时，体积增加55.8%。

2-26一平面与晶体两轴的截距为a=0.5，b=0.75，并且与Z轴平行，则此平面的米勒指数是什么？
解：
∴此平面的米勒指数为（320）。

2-27一平面与三轴的截距为a=1，b=-2/3，c=2/3，此平面的米勒指数是什么？
解：
∴此平面的米勒指数是。

2-30某X光波长0.058nm，用来计算铝的d200，其衍射角2θ为16.47°，求晶体常数是多少？解：
∴a=2d200=0.404nm
∴晶体常数为0.404nm。

2-39在温度为912℃，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℃，铁的体积变化？解：（1）bcc N1=2 fcc N2=4
，
∴
∴
∴其变化时的体积变化为0.014。

（2）912℃时，由bcc转变为fcc，体积减小；912℃-1000℃，受热膨胀，体积增大。

思考题
1．影响形成间隙型固溶体的因素
解：A．晶格结构 (溶质原子半径小, 溶剂原子晶格间隙大)；B．平衡或保持电中性。

2．有序合金的原子排列有何特点? 这种排列和结合键有什么关系？
解：特点：各组元质点分别按照各自的布拉菲点阵排列，称为分点阵，整个固溶体由各组元的分点阵组成的复杂点阵，称为超点阵或超结构。

3．为什么只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固溶体则不能?
解：间隙固溶体其中一个组元只能进入另一组元的空隙中，溶解度小，而置换型固溶体两组元原子大小近似，因此可以无限互溶。

作业题
简述影响置换型固溶体置换的因素
解：A．离子大小: 同晶型时，
Δr ＜15％，有可能完全互溶
Δr = 15～30%，部分互溶
Δr > 30%，难置换，不能形成固溶体
B．键性（极化）
两元素间电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大；溶质与溶剂元素间的电负性差增大，固溶度减小，倾向于生成稳定的金属化合物，而不利于形成固溶体。

生成的化合物愈稳定，则固溶体的溶解度愈小。

C．晶体结构类型和晶胞大小
当组元A和B有相同晶体结构，B原子才有可能连续不断地置换A原子，固溶度较大；晶体结构不同，最多只能形成有限型固溶体
D．电价（原子价，电子浓度）
原子价（离子价）相同，固溶度大；价态差越大，固溶度降低。

思考题
1．晶体缺陷的分类。

肖脱基缺陷(Schottky Defect)
弗仑克尔缺陷(Frenkel Defect)：
点缺陷对晶体性质的影响
解：肖脱基缺陷：有空位，无间隙原子，原子逃逸到晶体外表面或内界面（晶界）。

弗仑克尔缺陷：同时形成等量的空位和间隙原子，空位和间隙原子对其数量远少于肖脱基（空位）缺陷。

点缺陷对晶体性质的影响：
点缺陷存在和空位运动，造成小区域的晶格畸变。

1）使材料电阻增加定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力，使电子在传导中的散射增加；
2）加快原子的扩散迁移空位的迁移伴随原子的反向运动；
3）使材料体积增加，密度下降
4）比热容增大附加空位生成焓
5）改变材料力学性能间隙原子和异类原子的存在，增加位错运动阻力,使强度提高，塑性下降。

2．柏氏矢量的物理意义。

解：表示晶体形成位错的滑移方向和大小。

3．简述刃型位错、螺型位错与位错线、柏氏矢量和位错滑移方向之间的关系。

解：①刃型位错滑移方向与位错线垂直；
②螺型位错滑移方向与位错线平行。

4．位错的运动及其特点。

解：①位错的滑移：在外力作用下，位错线在滑移面（即位错线和柏氏矢量构成的晶面）上的运动，结果导致晶体永久变形。

滑移是位错运动的主要方式。

特点：a.刃型位错滑移方向与外力及柏氏矢量平行，正、负位错滑移方向相反；b.螺型位错滑移方向与外力及柏氏矢量垂直，左、右螺型位错滑移方向相反；c.混合位错滑移方向与外力及柏氏矢量成一定角度（即沿位错法线方向滑移）；d.晶体的滑移方向与外力及柏氏矢量相一致，但并不一定与位错的滑移方向相同。

②位错攀移，在热缺陷或外力下，位错线在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。

a.位错攀移是靠原子或空位的转移来实现的，螺型位错没有多余半原子面，固无攀移运动；
b.由于位错攀移需要物质的扩散,因此，不可能是整条位错线同时攀移，只能一段一段地逐段进行；
c.单晶生长利用位错攀移来消灭空位。

思考题
一．体积（晶格）扩散的微观机制类型
解：体积扩散是金属原子从一个平衡位置转移到另一个平衡位置。

包括3种微观扩散机制：
①空位机制，其中一个原子与相邻空位交换位置。

②间隙机制，自间隙原子将一个相邻原子调换到间隙位置上。

③直接交换机制，相邻原子成对的互相交换位置。

二．为什么钢铁零件渗碳温度一般要选择γ—Fe相区中进行?若不在γ相区进行会有何结果? 解：α—Fe中的最大碳溶解度(质量分数)只有0.02l8％，对于含碳质量分数大于0.0218％的钢铁，在渗碳时零件中的碳浓度梯度为零，渗碳无法进行，即使是纯铁，在α相区渗碳时铁中浓度梯度很小，在表面也不能获得高含碳层；由于温度低，扩散系数也很小，渗碳过程极慢，没有实际意义。

γ—Fe中的碳溶解度高，渗碳时在表层可获得较高的碳浓度梯度，使渗碳顺利进行。

三．比较下列各因素对扩散系数的影响，并简要说明原因。

1．温度对扩散系数的影响
2．金属键晶体的扩散系数与共价键晶体或离子键晶体的扩散系数
3．体积扩散系数（晶格或点阵）与短路扩散系数（沿位错、晶界、表面）
4．间隙固溶体的扩散系数与置换型固溶体的扩散系数。

5．铁的自扩散系数α(Fe ) 与γ( Fe )
解：1.温度越高，扩散系数越大；间隙机制和空位机制都遵循热激活规律，温度提高，超过能垒几率越大，同时晶体的平衡空位浓度也越高，扩散系数提高。

2.原子的迁移要挤开通路上的原子，引起局部点阵畸变，部分破坏原子结合键才能通过。

键能越强，原子间的结合键力越强，激活能越大，扩散系数越小。

共价键晶体和离子键晶体的扩散系数<金属键晶体的扩散系数。

3.①晶体结构反映了原子在空间的排列情况，原子排列越紧密，原子间的结合力越强，扩散激活能越高，而扩散系数越小；②处于晶体表面、晶界和位错处的原子位能总高于正常晶格上的原子，他们扩散所需的活化能也较小，相应的扩散系数较大。

4.间隙型固溶体比置换型固溶体容易扩散。

因为间隙扩散机制的扩散激活能小于置换型扩散。

间隙型固溶体中间隙原子已位于间隙，而置换型固溶体中溶质原子通过空位机制扩散时，需要首先形成空位，因而激活能高。

5. α(Fe )属于体心结构，γ( Fe )属于面心结构，面心结构点阵比体心结构点阵紧密，铁在面心立方点阵中的自扩散系数Dγ-Fe与在体心立方点阵的Dα-(Fe)相比，
在912℃时，Dα-(Fe)≈280Dγ-Fe
作业题
2-45．在钢棒表面上，每20个铁的晶胞中有一个碳原子，在离表面1mm处每30个铁的晶胞中有一个碳原子。

1000℃时扩散系数为3×10 - 11m s -1，且结构为面心立方(a＝0.365nm)。

问每分钟因扩散通过单位晶胞的碳原子数有多少个？
解：计算钢棒表面及表面下1mm处的碳浓度
C1＝1/20(0.365×10-9)3 ＝ 1.03×1027个/m3
C2 ＝1/30(0.365×10-9)3＝0.68×1027个/m3
J = - D Δc /Δx ＝-（3×10 - 11）×（0.68-1.03）×1027/10-3＝1.05×1019 /m2⋅s
每一个单位晶胞的面积为(0.365×10-9)2
每分钟因扩散通过单位晶胞的碳原子数:
Ja = (1.05×1019 /m2⋅s) ×(0.365×10-9)2×60＝84个/min
∴每分钟因扩散通过单位晶胞的碳原子数有84个。

2-47含0.18%碳的碳钢在927℃今进行气体渗碳，此时D=1.28*10-11m2•s-1，若表面含碳量为1%，试求距表面0.60mm处的碳含量达到0.3%所需的时间。

解：C s=1% C0=0.18% C x=0.3%
，即
由误差函数表可知，得
t=1.84h
∴距表面0.60mm处的碳含量达到0.3%所需的时间为1.84h。

2-48含0.20%碳的碳钢在927℃今进行气体渗碳，此时D=1.28*10-11m2•s-1，若表面含碳量为1.2%，试求渗碳10h后距表面1.5mm处的碳含量。

解：C s=1.2% C0=0.20%
，即
，得C x=0.32%
∴渗碳10h后距表面1.5mm处的碳含量为0.32%。

2-49计算550℃时铜在铝中的扩散系数（D0=1.5*10-5m2•s-1,Q=191kJ•mol-1）。

解：
∴550℃时铜在铝中的扩散系数为。

思考题
1．固态相变，结构弛豫，非晶态的晶化和熔体结晶有何异同？
解：
①固态相变在温度、压力、成分改变时。

固体材料的内部组成结构（相成分、结构和
有序度的变化）所发生的转变。

②结构驰豫刚制备的不稳定态非晶材料，常温或加热保温退火，许多性质将随时间发
生变化，达到另一种亚稳态。

③非晶态的晶化与熔体冷凝结晶的异同点：
都是由亚稳态向晶态的相变，受成核和晶体生长控制。

非晶态晶化: T ＜Tg ，相变驱动力大，成核功小，利于成核和
晶体生长；
粘度大，固相内扩散，扩散慢，不利于成核和
晶体生长，更有利于保持非晶状态。

熔体冷凝结晶：Tg＜T＜Tm，液体内的扩散
2．在 f～g点之间的不同成分的合金，标注其室温组织的构成?
解：不同成分合金的室温组成如下图所示：
3．分别求W(Sn)=61.9%和W(Sn)=50%时，在183℃转变时，各相的相对含量?
解：①W(Sn)=61.9%
，
②W(Sn)=50%
，
思考题
1．固体表面结构的主要特点?
解：固体表面结构的主要特点是存在着不饱和键和范德华力。

晶体不同晶面的表面能数值不同，密排面的表面能最低，故晶体力图以密排面作为晶体的外表面；
2．固体表面对外来原子发生哪两种吸附? 并比较其主要特征?
解：物理吸附、化学吸附
解：表面能是增加单位面积的表面，需要做的功.扩张表面时。

要克服原有原子、分子或离子之间的相互作用。

作用力弱，做功小，表面能低。

1）键性：表面能反映质点间的引力作用，强键力的金属和无机材料表面能较高。

低表面能物质：水0.059，石蜡0.03，PE 0.035，PTFE 0.023，PA66 0.047
2）温度：温度升高，表面能一般减小。

热运动削弱了质点间的吸引力。

3）杂质：含少量表面能较小的组分，可富集于表面，显著降低表面能；含少量表面能较大的组分，倾向于体内富集，对表面能影响小。

4．三种润湿的数学表达式? 共同点及其规律?
解：①沾湿：W A = －ΔG = γSg + γLg －γSL
②润湿：W i= －ΔG = γsg - γsL
③铺展：S = －ΔG = γsg - γLg - γsL
三种润湿的共同点: 液体将气体从固体表面排开，使原有的固/气(或液/气)界面消失，被固/液界面取代
三种润湿的规律：
沾湿粘附功Wa = A+ γLg Wa = γSg + γLg－γSL
浸湿Wi = A = γSg－γSL
铺展S = A －γLg
γSg越大，γSL越小，粘附张力A越大，越有利于各种润湿；
沾湿：γLg大，有利沾湿；
浸湿：γLg，无影响;
铺展：γLg小，有利铺展。

改变润湿性主要取决于γSg ，γLg，γSL的相对大小，改变γSg较难，实际上更多的是考虑改变γLg和γSL。

5．润湿的本质是? 润湿方程
解：润湿的本质是异相接触后体系的表面能下降。

润湿方程：γSg－γSL=γLg cosθ
θ:自固液界面经液体内部气液界面的夹角。

第三章材料的组成和结构Compositions and Structures of Materials
思考题
1．高分子材料组成和结构的基本特征
解：①平均分子量大和存在分子量分布；②高分子链具有多种形态；③分子链间以范氏力为主，部分化学键；分子内为共价键；④组成与结构的多层次性
2．比较高分子链的构型和构象
解：①构型为分子中由化学键所固定的几何排列，这种排列是稳定的，要改变构型必须通过化学键的断裂；②构象为C—C单键内旋转形成的大分子链在空间的不同形态（空间排列），构象之间的转换是通过单键的内旋转，分子热运动足以使之实现，各种构象之间的转换速率极快，构象是不稳定的。

3．比较分子链的近程结构对高分子链柔顺性的影响
解：①主链结构。

极性小的碳链高分子，分子内相互作用不大，内旋转位垒小，柔性较大。

主链中含非共轭双键，相邻单键的非键合原子（带*原子）间距增大,使最邻接双键的单键的内旋转较容易，柔顺性好。

主链中含共轭双键，因电子云重叠，没有轴对称性，Л电子云在最大程度交叠时能量最低，而内旋转会使Л键的电子云变形和破裂，不能内旋转，刚性链分子。

主链含不能内旋转的芳环、芳杂环时，可提高分子链的刚性。

②取代基。

侧基极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强，单键内旋转越困难，分子链柔顺性越差。

③氢键和交联结构的影响。

高分子的分子内或分子间形成氢键，氢键影响比极性更显著，增加分子链的刚性。

4．内聚能密度对高聚物结构和性能的影响
解：
5．高分子共混物（合金）的制备方法
解：化学共混：通过化学方法，把不同性能的聚合物链段连在一起，接枝共聚、嵌段共聚及互穿共聚等；
物理共混：通过物理方法，把不同性能的聚合物混合在一起。

机械共混、熔融共混及溶液浇铸共混等。

工艺简单，共混时存在相容性问题。

6．与低分子晶体比较，聚合物晶体的特点。

解：特点：①链段排入晶胞，分子链轴常与一根结晶主轴平行；②半晶结构（结晶不完全）；
③熔程范围较宽，④结晶速度慢；⑤晶体形态多样。

7．聚合物共混物（聚合物合金）的概念及其与共聚物的差别。

解：概念：两种或两种以上的聚合物，通过物理或化学方法共混，形成宏观上均匀、连续的高分子材料。

区别：前者各组成聚合物通过分子间作用联系在一起，通过各组成聚合物的结构互补实现其性能互补；后者是各单体单元在一定条件下，通过化学键结合在一起，即在同一高分子链上同时存在两种或多种结构单元，共聚物的性能由这些结构单元共同贡献。

8．简述高分子材料的织态及微区结构的形成过程。

解：
9．热固性聚合物和热塑性聚合物
10．聚合物共混物和聚合物共聚物
解：共混物，两种或两种以上的聚合物，通过物理或化学方法共混，形成宏观上均匀、连续的高分子材料。

共聚物，两种或两种以上单体聚合形成的产物。

思考题
1．铁碳合金中的一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体的主要区别是什么?
解：一次渗碳体：w(C) ﹥4.3%时，从液相中直接结晶出的粗大片状渗碳体。

二次渗碳体：w(C) ﹦0.77～2.11%时，从奥氏体晶界析出的网状次生渗碳体。

三次渗碳体：w(C) <0.0218%时，从基体相铁素体的晶界上析出的微量片状渗碳体。

共析渗碳体：w(C) ﹦0.77时，铁碳合金在727℃发生恒温共析转变，形成珠光体，珠光体是共析铁素体和共析渗碳体的片状混合物。

共晶渗碳体：w(C) ﹦4.3%时，铁碳合金在1148℃发生恒温共晶转变，形成莱氏体，莱氏体是共晶奥氏体和共晶渗碳体组成。

2．根据铁碳相图，计算二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。

解：当碳含量为2.11％时，二次渗碳体的数量达到最大值
W（Fe3CⅡ）= (2.11-0.77)/(6.69-0.77) =22.6 %
当碳含量为0.0218％时，三次渗碳体的数量达到最大值
W（Fe3CⅢ）= (0.0218-0)/(6.69-0) =0.33 %。