材料学导论纲要

“材料学导论”复习纲要

一、绪论与无机非金属材料

1、掌握材料，材料的强度，功能陶瓷，结构陶瓷，耐火度，荷重软化温度，玻璃，成网离

子，水泥，水泥的安定性，水泥熟料等概念

材料：人类用来制造有用器件，构件或物品的物质。

材料的强度：材料在外力作用下抵抗变形或断裂的能力。

功能陶瓷：利用声、光、电、热、力等直接效应及耦合效应的先进陶瓷。

结构陶瓷：具有力学性能及部分热学性能和化学功能的先进陶瓷。

耐火度：耐火材料在无荷重时抵抗高温而不熔化的性能。

荷重软化温度：耐火材料在持续升温条件下，承受恒定载荷而产生变形的温度，它表示了耐火材料同时抵抗高温和载荷两方面作用的能力。

玻璃：玻璃是指熔体经过冷却，因黏度增大所得到的具有固体机械性质和一定结构特征的非晶态固体物质。

成网离子：玻璃结构与晶体类似，具有三维连续网架形式，网络中一个氧原子最多同两个形成网络的正离子M相连接。成网正离子在多面体的中央，这些多面体通过顶角上的公共氧以氧桥相连而形成三维连续网架。但这种网架不像晶体那样有序，而是完全无序的。

水泥：凡细磨成粉末中加入适量水可成为塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将沙石等材料牢固的胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。

水泥的安定性：体积安定性是指水泥制品在凝结硬化过程中体积变化是否均匀的性能。

水泥熟料：以石灰石、粘土、铁质原料为主要原料，按适当比例配成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品。

（1）材料：定义：材料是人类用来制造有用得构件、器件或物品的物质。材料、信息、能源被誉为当代文明的三大支柱。

材料科学：是在金属学、陶瓷学、高分子材料的基础上发展起来的。是有关材料成分、组织与工艺流程对于材料性质与用途的影响规律的知识与运用。

材料工程：是指运用材料科学的理论和经验知识，为满足各种特定需要而发展、制备和改进各种材料的工艺技术，因此，材料科学与工程是研究材料的组成、结构、生产过程、材料性能与使用效能以及他们之间的关系。

材料科学与工程的四要素：材料的结构与成分、合成与加工、性能、使用效能

材料科学与工程的根本任务：揭示材料组分、结构与性质的内在关系，设计、合成并制备出具有优良使用效能的材料，以满足工农业生产、国防建设和现代科学技术发展对材料日益增长的需要。

（2）材料强度：在外力作用下，材料抵抗形变和断裂的能力称为强度，材料的机械强度可

分为：拉伸强度（抗张强度或抗拉强度）、屈服强度、压缩强度、弯曲强度、扭转强度、疲劳强度等。

（3）材料的应用：材料的应用需要考虑几个因素：材料的使用性能、使用寿命及可靠性、环境适应性、价格。

（4）材料在人类社会和国民经济发展中的地位和作用：参见现有复习资料。

2、陶瓷材料显微结构中各相的特点。

答：陶瓷的显微结构中主要存在三相：玻璃相、气相、晶相

（1）晶相：是陶瓷材料的主要组成相，晶相由原料带入或玻璃相析晶形成。晶相分为：主晶相和次晶相，主晶相是构成材料的主体，其性质、数量及结合状态，直接决定材料的基本性质。陶瓷是由各向异性的晶粒通过晶界结合而形成的多晶体。晶粒的大小、形状受到成分、原材料颗粒大小与形状、晶型及工艺制备方法的影响。

（2）玻璃相：是一种低熔点的非晶态固体，是材料在高温烧成或使用过程中，由于化学反应或熔融冷却形成的。

玻璃相的作用：充填晶粒间隙、黏结晶粒，提高陶瓷的致密的、降低烧成温度、改善工艺，抑制晶粒的长大。

（3）气相：又称为气孔，大部分气孔是在工艺过程中形成并保留下来的，材料的许多性能与气孔的含量、形状、分布有密切的关系。气孔也是应力集中的地方，往往有可能扩展成裂纹，导致材料强度大大降低，耐磨性变低。

3、普通陶瓷中三个主要原料及其作用。

（1）普通陶瓷中三个主要的原料：长石、黏土、石英

（2）作用：

石英：是耐高温的骨架成分，赋予制品高的强度、耐热、耐蚀等特性

黏土：具有独特的可塑性与结合性，调水后成为软泥，能塑造成型，烧后变得致密坚硬。长石：作为助溶剂能溶解一部分黏土分解物及部分石英，促进成瓷反应的进行。并降低烧结温度。

4、陶瓷为何要烧结，其目的是什么？

答：在高温下，陶瓷生坯固体颗粒的相互键联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为具有某种显微结构的致密多晶烧结体，这种现象称为烧结。

5、压电效应及压电陶瓷的制备。

答：压电效应：

压电体受到外机械力作用而发生电极化，并导致压电体两端表面内出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与外机械力成正比，这种现象称为正压电效应.压电体受到外电场作用而发生形变，其形变量与外电场强度成正比，这种现象称为逆压电效应.具有正压电效应的固体，也必定具有逆压电效应，反之亦然.正压电效应和逆压电效应总称为压电效应。

压电陶瓷的制备流程：配料混合、预烧、粉碎、成型、排胶、烧结、被电极、极化测试等过程。

6、微晶玻璃的制备工艺和材料特点。

定义：是玻璃的受控晶化而制得的多晶固体，也称为玻璃陶瓷

制备工艺：配合料制备、玻璃熔融、成型、加工、微晶化处理、再加工。

材料特点：微晶玻璃与陶瓷的不同是微晶化过程的晶相全由一个均匀玻璃中的晶体生长而产生的，而陶瓷中的晶相则是在制备陶瓷组分时引入的。微晶玻璃与玻璃的不同之处是其大部分是晶相，而玻璃则是非晶态。

微晶玻璃的应用：

（1）机械力学材料：利用微晶玻璃耐高温、抗热震、热膨胀性可调等力学和热力学性能，制造出满足机械力学要求的材料。

（2）光学材料：应用低膨胀和零膨胀微晶玻璃对温度变化特别不敏感，使其可在随温度改变而要求尺寸稳定的领域得到应用。

（3）电子与微电子材料：利用微晶的膨胀系数低，可制备微晶玻璃基板、电容器、薄膜电路和厚膜电路。

（4）化学化工材料：利用微晶玻璃的化学稳定性，广泛用于控制污染和新能源等材料的开发中。

（5）建筑材料：作为新型绿色装饰材料，成为最具有发展前景的建筑装饰材料。

7、无机非金属材料的主要化学键及性能。

定义：无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。

主要化学键及材料性能：

在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。

8、说明特种陶瓷与普通陶瓷的原料、工艺、结构和应用等各方面的区别。

（1）在原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界限，特种陶瓷一般以氧化物、氮化物、硼化物、碳化物等为主要原料。

（2）在成分上，传统陶瓷的组成由粘土的成分决定，所以不同产地和炉窑的陶瓷有不同的质地，由于特种陶瓷的原料是纯化合物，因此成分有人工配比决定，其性质的优劣有原料的纯度和工艺，而不是由产地决定。

（3）在制备工艺上，突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段。

（4）在性能上，特种陶瓷具有不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘、以及在磁、电、光、声、生物工程个方面具有的特殊功能，从而使其在高温、权机械、电子、宇航、医学工程各方面得到广泛的应用。

9、光纤的导光原理及结构特点。

光导纤维：是指以光信号的形式传送光束或图像，具有特殊光学性能的玻璃纤维。

结构：内层（纯玻璃光芯）、外包层（低玻璃折射率的包层、内芯是光传播部分）、涂覆层大部分的光纤包层外还有一层，它一般是一层或几层聚合物，它的作用是防止纤芯和包层受到震荡而影响光纤的性能。

10、材料按化学组成和结构特点，以及按性能特点如何分类？

材料按化学组成分类：分为无机非金属材料、金属材料、高分子材料、复合材料

材料按性能分类：结构材料、功能材料

材料按发展过程分类：传统材料、新型材料

材料按用途分类：航空航天材料、信息材料、电子材料、能源材料、生物材料、建筑材料、包装材料、电工电器材料、机械材料、农用材料、日用品及办公用品材料。

①高分子材料：是通过若干高分子链聚集以及高分子链与其他添加组分的相互作用而构成。分子量大，质轻；优良的加工性能，导热系数小，化学稳定性好，电绝缘性好；功能的可塑性好，出色的装饰性，但易老化；可以延压成膜、纺制成丝，可制成各种形状的构件，可产