材料导论复习题

《材料学导论》无机非金属材料、金属材料思考题

一、填空（共10题，每题4分）

1、材料按化学组成可分为：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。

2、材料科学与工程的四要素是：成份/结构、制造工艺（或合成/加工）、性能、使用性能。

3、陶瓷材料是一种多晶多相材料，其相组成通常包括：晶相、玻璃相、气孔（或气相）。

4、根据有机、无机、金属材料拉伸应力-应变曲线知，三种材料的弹性模量E 大小顺序为：陶瓷材料（或无机材料）＞金属材料＞有机高分子材料。

5、硅酸盐水泥熟料的化学组成是Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO。

6、玻璃的结构有很多假说，如微晶学说、凝胶学说、五角形对称学说、高分子学说等等，其中较为公认的晶子学说和无规则网络学说两种。

7、金属有80多种，但其常见的晶体结构有三种，分别是面心立方、密排六方、体心立方。

8、金属的强化机制有：形变强化、固溶强化、细晶强化、弥散强化、相变强化。

9、陶瓷材料具有很多优点，例如：低膨胀系数、低导热系数、化学稳定型高等，但是陶瓷材料的一个重要缺点是：脆性高（或韧性低或热稳定性差）。

10、将SiC制成砂轮和各种磨介是利用其具有高硬度的性质。

11、构成硅酸盐矿物最基本的结构单元是硅氧四面体或[SiO4]。

12、普通陶瓷生产必不可少的三种原料是：石英、长石、粘土。

13、耐火材料是指耐火度不低于1580℃（或≮1580℃）的无机非金属材料。

14、硅酸盐水泥的生产技术可概括为：两磨一烧。

15、不定形耐火材料因不经成型、不经烧结而得名。

16、普通硅酸盐水泥主要的四种矿物组成是：硅酸三钙（或C3S）、硅酸二钙（或C2S）、铝酸三钙（或C3A）、铁铝酸四钙（或C4AF）。

17、平板玻璃的成型方法有：浮法、平板法、垂直引上法。

18、硅酸盐（矿物）材料的基本类型有：岛状、组群状、链状、层状、架状。它们是根据硅氧四面体在空间的不同连接方式进行分类的。

19、陶瓷材料的烧结技术有：普通烧结（或传统烧结）、热压烧结、反应烧结、热等静压烧结、液相烧结等。

20、生产玻璃的原料有主要原料和辅助原料。其中辅助原料有澄清剂、着色剂、助熔剂、脱色剂、氧化与还原剂。

21、陶瓷材料中气孔有开口气孔和闭口气孔两种。

22、陶瓷材料的成型方法有：半干法成型、注浆成型、可塑法成型、等静压成型等。

23、陶瓷材料中玻璃相的作用：填充气孔或填充晶粒间隙、粘结晶粒、降低烧成温度、抑制晶粒异常生长。

24、耐火材料总的发展方向是：采用优质原料、采用高压成型、采用高温烧成。

25、由于金属中离子振动的振幅会随温度升高而增大，阻碍自由电子的流动，所以，金属均具有正的电阻温度系数。

26、门捷列夫“晶子学说”与扎哈里森“无规则网络学说”是玻璃结构的两种不同学说，两者统一的观点是都认为玻璃是近程有序、远程无序的无定形介质。

二、简答题（共20题，每题5分）

1、陶器演变为瓷器的三个条件是什么？

【答】①以富含绢云母的瓷石为胎坯原料应用；

②窑炉的砌筑技术把窑床温度提高到1300℃即龙窑的发明与运用；

③草木灰釉的发展；

2、为什么A l2O3单晶中可掺入不同的杂质制得各种美丽的宝石？

【答】

A l2O3晶体结构中氧离子作六方密堆，铝离子填充2/3八面体空隙，尚有1/3八面体空隙没有被填充，此时某些化合物（氧化物）当满足一定条件如正离子电价、半径与铝离子相近等时，这些化合物如C r2O3、N i O、F e2O3、T i O2等可以与A l2O3形成固溶体，由于掺入的金属离子的原因而使A l2O3单晶中可掺入不同的杂质制得各种美丽的宝石。

3、硅酸盐晶体层状结构六元环与组群状结构中六元环有何区别？

【答】硅酸盐晶体组群状结构中六元环是孤立存在的即六元环彼此之间不直接连接，每个硅氧四面体共用2个顶点。而层状结构中六元环是硅氧四面体通过公用3个顶点构成的向两维空间发展成的六元环硅氧层。

4、金属的热加工工艺有退火、正火、淬火、回火及表面热处理等，试解释这些概念？

【答】见胡珊主编《材料学导论》（2002年1月重印）P21—23。

5、为什么氧化物陶瓷与氧气不容易发生反应？

【答】氧化物陶瓷的晶体结构中，氧离子形成配位多面体，金属原子堆积在配位多面体空隙中，即金属原子被氧离子所包围，被屏蔽在其紧密排列的空隙中，故不容易被氧化。

6、为什么金属材料较非金属材料容易传热？

【答】由于金属晶体中存在正离子和自由电子的运动，而自由电子是金属所独

有的。当金属的一端受热时，正离子和自由电子的热运动加剧，并通过彼此碰撞将热量传递到另一端。而非金属材料中缺乏电子机制（自由电子较少），导热靠原子热振动来完成，故一般的导热能力差。

7、水泥生产过程中，通常加入2~5%石膏，为什么？

【答】调节水泥的凝结时间，加入量2~5%。

8、水泥标号是如何确定的？

【答】水泥强度是指硬化的水泥石能够承受外力破坏的能力，是评价水泥质量的重要指标。一般用水泥标号作为水泥强度等级划分标准。

水泥标号的确定是将水泥、标准砂（粒径0.25~0.65mm）及规定的水量，按灰砂比1:2.5拌制成塑性浆料，利用40×40×160mm模件成型，自然下养护，测量其3天、7天、28天的抗折和抗压强度。水泥的标号是根据其28天的抗压强度值确定的。例如：标号为525的水泥是指其28天的抗压强度为52.5Mpa。

9、请从热力学和动力学两个方面解释玻璃的介稳性？

【答】从热力学角度，玻璃的内能大于晶体的内能，根据能量最低原理，玻璃有从高能量状态向低能量状态转变的趋势，即析晶的可能。故玻璃是不稳定的；从动力学角度，常温下玻璃的粘度非常大，即使析晶，析晶的速度也是非常非常缓慢的，玻璃可以长时间保持高温结构，认为析晶可以忽略不计，故玻璃是稳定的；综上所以玻璃是介稳的。

10、玻璃的四个通性是什么？

【答】对于什么是玻璃通常无法给出定义，但凡是满足以下四个通性的物质，不论其化学组成如何皆称为玻璃。玻璃的通性有①各向异性②介稳性或亚稳性③熔融态向玻璃态转化是可逆的与渐变的或无固定熔点④物理、化学性质随温度变化连续性。