材料科学导论复习题

一章

1. 氧化铝既牢固又坚硬且耐磨，但为什么不能用来制造鎯头？

答：氧化铝脆性较高，且抗震性不佳。

2. 将下列材料按金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行分类：

黄铜、环氧树脂、混泥土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅锡焊料、橡胶、纸杯。

答：金属：黄铜、镁合金、铅锡焊料陶瓷：碳化硅

聚合物：环氧树脂、沥青、橡胶、纸杯复合材料：混泥土、玻璃钢

3. 下列用品选材时，哪些性能特别重要？

汽车曲柄、电灯泡灯丝、剪刀、汽车挡风玻璃、电视机荧光屏。

答：汽车曲柄：强度，耐冲击韧度，耐磨性，抗疲劳强度；

电灯泡灯丝：熔点，耐高温，电阻大；

剪刀：硬度和高耐磨性，足够的强度和冲击韧性；

汽车挡风玻璃：透光性，硬度；

电视机荧光屏：光学特性，足够的发光亮度。

4. 概述材料科学的发展史，谈谈你的认识和体会。

5 五大基础材料是什么？各有哪些特点？

答：五大基础材料是金属、陶瓷、高分子材料、复合材料和半导体材料。

金属：强度高、延展性好、导电导热，但不透明、易腐蚀。

陶瓷：硬度高、耐高温、绝缘、隔热，但是脆性大、难加工。

高分子材料：质轻、绝缘、易成型，但强度低、耐温性差。

复合材料：比强度比模量高、性能可设计，但界面较弱。

半导体材料：导电性介于导体与绝缘体之间，化学纯度和表面加工精度高，但性能易受成分、尺寸、加工等因素的影响。

6. 什么叫材料科学？什么叫材料科学与工程？它们是如何产生的？二者的主要区别是什么？

答：材料科学是研究材料的组成、结构与性能之间关系的一门学科。它是从化学的角度，研究材料的化学组成与原子结构、原子结合键及其微观结构的相互关系。从晶体学和固体物理学的角度，分析和研究材料的组织形态、微结构、内部缺陷与性质和性能的相互关系。

材料科学与工程是研究有关材料的组成、结构、制备工艺与其性质和性能以及它们之

间相互关系的技术开发及应用的一门学科。主要有四方面因素促使材料科学的产生，其一，基础学科的发展。二、工艺。三、各种材料的表征仪器和设备。四、不同类型的材料可以相互替代和补充，充分发挥各种材料固有的优异特性。由于材料的研究的目的是面向实际、面向工程应用。因此，材料科学与工程就出现了。许多大学的冶金系、材料系多数更名为材料科学与工程系；侧重于基础研究的叫材料科学系，着重于工艺研究的叫材料工程系。

7. 什么叫新材料？当今新材料的发展方向有哪些？简谈你自己对新材料研发的认识和看法。

答：新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料。发展方向主要有以下六个方向：一、信息科学技术二、新能源科学技术三、生物科学技术四、空间科学技术五、生态环境科学技术六、用高技术改造、更新现有材料。

8. 什么叫纳米材料？纳米材料有哪些效应？举例说明。

答：纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1-100nm）或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应。如（量子尺寸效应）高的光学非线性，特异的催化和光催化性质。

二章

9. 材料的四个结构是什么？它们影响材料的哪些性能？

答：材料的四个结构分别是：

一、原子结构（一级结构）决定原子的结合方式，决定其化学性质和物理性质。

二、原子键合（二级结构）决定结合力大小，影响其物理、力学等性能。

三、原子排列（三级结构）决定材料的形态，影响其物理、力学等性能，它与加工工艺密切相关。

四、显微组织（四级结构）影响材料力学性能如强度、塑性等，主要由加工工艺决定。

10. 材料的三级和四级结构可以通过加工工艺来改变，那么材料的二级结构可以改变吗？为什么？

答：原子的结合键是材料的二级结构。对于单一的材料来说，其价键结构是不可以通过加工工艺来改变的。但是实际工程应用中，通过一定的加工工艺来改变材料的二级结构，比如金刚石具有共价键，石墨具有共价键和物理键，而石墨等碳质原料和某些金属在高温高压下可以反应生成金刚石，即一定程度上改变了材料的二级结构。

三章

11. 简述陶瓷材料的相组成及常见的相结构。

答：陶瓷材料中的相组成较为复杂，常见的相有晶相、玻璃相和气相。它们对陶瓷性能都有很大影响。

晶相是陶瓷材料的主要组成相，常见结构有氧化物结构和硅酸盐结构。氧化物结构包括AB型结构(NaCl型)、AB2型结构(金红石型)、A2B3型结构(刚玉型)以及其它一些结构。硅酸盐的结构特点是硅、氧离子组成四面体，硅离子位于四面体中心。硅氧四面体SiO44-之间又以共有顶点的氧离子相互连接起来。由于连接方式不同而形成多种硅酸盐结构，如岛状、环状、链状和层状等。

玻璃相是在陶瓷烧结时形成的一种非晶态物质，其结构是由离子多面体（如硅氧四面体）构成的无规则排列的空间网络，如非晶态石英的结构。玻璃相热稳定性差，在较低温度下即开始软化。玻璃相的作用是粘结分散的晶相、降低烧结温度、抑制晶相的粗化。

气相是指陶瓷中的气孔，它是在陶瓷生产过程中形成并被保留下来的。气孔的存在降低了陶瓷的密度，能吸收震动，并进一步降低了导热系数。但也导致陶瓷强度下降，介电损耗增大，绝缘性降低。

12. 简述高分子的结晶特点，举例说明几种常见的高分子结晶形态。

答：高分子结晶的特点如下：（1）高分子晶体属于分子晶体；（2）高分子晶体的熔点Tm 定义为晶体全部熔化的温度；（3）高分子链细而长使得高分子链结晶得到的晶体只能属于较低级晶系，无立方晶格；（4）高分子的结晶是通过链段的协同运动排入晶格的，即晶胞由链段组成；（5）高分子结晶不完善，有结晶度的概念；（6）高分子的结晶过程分一次结晶（主结晶）和二次结晶（次级结晶）。（7）高分子链通常以折叠链片晶形态构成高分子晶体。高分子结晶有单晶、球晶、树枝状晶、串晶、柱晶，伸直链晶等。

八章

13. 简述硬度的各种测定方法？举例说明如何测定金属材料、陶瓷材料和高分子材料的硬度。

答：常用的测试方法有三种：压痕法、回跳法和刻痕法。

(1). 布氏硬度：布氏硬度的测定是把直径为D的淬火钢球，用载荷P压入被测材

料的表面，并保持一定时间后卸载，通过测量压痕直径d或计算压痕表面积F来得到，其计算式为：HB = P/F = 2P/πD(D - (D2 - d2)1/2)。

(2). 洛氏硬度：洛氏硬度是用压头的压痕深度来量度。根据所用压头和载荷不同，