材概考试大纲答案(1)

1、什么是材料？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。比较晶体与非晶体的结构特性，了解晶体的结构不完整性有哪些类型？ 晶体与非晶体的结构特性：晶体是指原子或原子团、离子和分子按一定规律呈周期性的排列构成的物质。晶体结构的基本特征是原子或分子在三维空间呈 周期性的规则而有序地排列，即存在长程的几何有序。而非晶体中，微粒是无规则排列的，不存在周期性的空间点阵结构。晶体的结构不完整性: 杂质原子与固溶体；点缺陷；线缺陷；面缺陷。材料按组成、结构特点可分为哪几类？金属材料 黑色、有色、特殊金属材料；无机非金属材料 水泥、陶

2、瓷、玻璃、耐火材料；高分子材料 塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂；复合材料 金属基、陶瓷基、树脂基、碳碳材料材料科学与工程的概念？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。日本专家岛村昭治将材料的发展历史划分为哪五代？ 石器时代的木片、石器、骨器等天然材料；陶、青铜和铁等从矿物中提炼出来的材料；高分子材料；复合材料；材料的特征

3、随环境和时间而变化的复合材料。当代文明的三大支柱，全球新技术四大标志三大支柱：材料、信息、能源四大标志：现代社会新技术的四大支柱是:信息技术、生物工程技术、能源技术和新材料技术材料科学与工程的四个要素是什么？材料的性质，使用性能，结构与成分，合成和加工什么是材料的化学组成？相的概念？材料相的组成？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什么是材料的结构？ 材料的结构是指材料的组成单元（原子与分子）之间相互吸引和排斥作用达到平衡时的空间排布，从宏观到微观可分为

4、不同的层次，即宏观组织结构、显微组织结构及微观结构。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材料的合成的概念？材料加工的概念？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材

5、料的性能、材料的功能以及材料使用性能的含义？性能是材料功能特性和效用（如电、磁、光、热、力学等性质）的定量度量与描述。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。材料科学与工程四个要素之间的关系？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

6、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。金属材料的主要特点和类型。常温下是固体，熔点较高，密度较大，有光泽，延展性、韧性、塑性、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。炼铁、炼钢的主要原料、工艺及其作用。炼铁：铁矿石、石灰石、焦炭、锰铁矿；炼钢：生铁、焦炭。铁矿石 高炉炼铁中最主要的原料焦炭 燃料 还原剂的作用石灰石 生铁冶炼中的主要溶剂之一。降低冶炼温度、保证矿石中的脉石和焦炭中的灰分能够熔化造渣，使冶炼中还原出来的铁与脉石和灰分很好的分离锰矿石 炼刚得脱氧剂和脱硫剂铁矿石的

7、代用品刚中合金元素的存在形式及其作用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. 形成稳定碳化物，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. 扩散慢，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。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

8、 合金碳化物无机非金属材料主要包括哪些材料？它们有哪些主要特征？无机非金属材料包括陶器就、瓷器、耐火材料、粘土制品、玻璃、水泥和搪瓷等材料。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。玻璃生产过程中退火起什么作用？陶瓷由哪些相组成？各相对陶瓷材料性能有何影响？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

9、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。）简述特种陶瓷的定义。特种陶瓷与普通陶瓷有区别？ 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。特种陶瓷定义：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

10、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。简要介绍陶瓷的生产工艺步骤。简要介绍硅酸盐水泥的生成工艺流程硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成硅酸三钙 3CaO·SiO2 C3S硅酸二钙 2CaO·SiO2 C2S铝酸三钙 3CaO·Al2O3 C3A铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3 C4AF简述玻璃的定义及其具有哪些特性？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

11、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？用途分：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）。简要介绍玻璃的生成过程。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。什么叫做退火，退火的作用是什么？退火：将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷却），以获得接近于平衡状态组织的热处理工艺。 退火的目的主要是

12、为了消除内应力。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。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，高分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

13、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。 高分子及高分子材料的主要特点。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

14、、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。 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。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。方法：加入惰性填料、增强填料等。作用：使线型橡胶分子交联形成立体网状结构。玻璃钢的基体与增强体，玻璃钢的特点及其作用。基体：树脂；增强体：玻璃纤维。特点及其作用：(1)轻质高强 在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。(2)耐腐蚀性能好 FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度

15、的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。(3)电性能好 是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。(4)热性能良好 FRP热导率低，室温下为1.251.67kJ/（m·h·K），只有金属的1/1001/1000，是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在2000以上承受高速气流的冲刷。 (5)可设计性好可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，可以使产品有很好的整体性。可以充分选择材料来

16、满足产品的性能，如：可以设计出耐腐的，耐瞬时高温的、产品某方向上有特别高强度的、介电性好的，等等。(6)工艺性优良可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。合成高分子的制备方法与主要合成工艺。由小分子化合物单体制备聚合物的反应主要分为三类，它们是缩合反应、加成反应和开环聚合。另一类是由一种聚合物经过适当的高分子反应也可转化为另一种高分子化合物。 合成工艺： 石油、天然气、煤炭等裂解成单体，单体聚合成高分子聚合物，高分子聚合物加工成高分子材料什么是复合材料？为什么主要成分为碳酸

17、钙的贝壳强度要比同样组成为碳酸钙的粉笔要高很多？定义：由两种或两种以上物理和化学性能不同的物质组合而成的一种多相固体材料。(ISO定义)因为贝壳是由碳酸钙与基质胶原复合而成的，使贝壳的强度提升了。复合材料的基体和增强体在材料中分别起什么作用？1、增强纤维因直径较小，产生裂纹的几率降低。2、纤维的表面受到基体的保护，不易在承载中 产生裂 纹，增大承载力。3、基体能阻止纤维的裂纹扩展。4、基体对纤维的粘结作用、基体与纤维之间的摩擦力，使得材料的强度大大提高。简述复合材料的界面结合类型及其特点1、机械结合：借助增强纤维表面凹凸不平的形态而产生的机械铰合和基体与纤维之间的摩擦阻力形成。2、溶解与浸润结

18、合：液态或是粘流态基体对增强纤维的侵润，而产生的作用力，作用范围只有若干原子间距大小。3、反应结合：基体与纤维之间形成界面反应层。4、混合结合：上述三种形式的混合结合方式。材料工业污染产生的主要原因有哪些？材料产业可持续发展有何对策？何谓环境材料？环境材料具有哪些特征？ 复合材料具有哪些特点？任意两种材料是否都能制成复合材料？高比强度和高比模量 ，耐疲劳性高，抗断裂能力强 ，减震性能好，高温性能好，耐腐蚀性好，减摩性，耐磨性，自润滑性，耐蚀性。悬浮液，气溶胶，雾等含有气相或液相的多相体系不能称之为符合材料简述复合材料基本结构的特征并举例说明复合材料的基本结构由基体和增强相两个组分构成： 基体：

19、构成复合材料的连续相；如:非金属基（树脂、橡胶、陶瓷），金属基（如，钢）。 增强相：复合材料中独立的形态,分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善和增强。 增强相一般较基体硬，强度、模量较基体大，或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。 增强相与基体之间存在着明显界面。 实例：玻璃钢 玻璃纤维增强塑料轮胎 纤维增强橡胶钢筋混凝土 陶瓷基复合材料玻璃钢 常见复合材料有哪些？并说明各具有哪些性能和用途。增强剂 玻璃纤维（主要是SiO2），比强度和比模量高，耐蚀，绝缘。基体（粘结剂）热固性的酚醛、环氧树脂，热塑性的聚脂。性能（与基体相比） ( 比 ) 强度，疲劳性

20、能，韧性，蠕变抗力高。用途 轴承，轴承架，齿轮，车身。碳纤维树脂复合材料增强剂 碳纤维 ( 石墨 ) ，强度和弹性模量高，且2000以上保持不变；-180不变脆。 粘结剂（基体） 环氧树脂，酚醛树脂，聚四氟乙烯。性能（与基体相比） 密度比铝低，强度比钢，模量比铝合金和钢高，疲劳性能，冲击韧性，耐蚀摩擦系数小，导热性好，是一种新型结构材料。用途 卫星和火箭外壳、机架、天线构架，齿轮，轴承，活塞，密封圈，化工容器。硼纤维树脂复合材料是一种尖端复合材料增强剂 硼纤维, b=27503140MPa，E=382392MPa（4倍于玻纤）。基体 环氧树脂等。性能 抗压、剪切和疲劳强度高，蠕变小，硬度和弹性

21、模量高，耐辐射, 化学稳定（水, 有机溶剂, 燃料, 润滑剂）, 导热性能和导电性能好。用途 航空和宇航材料。硼纤维金属复合材料基体 铝镁及其合金，钛及其合金。性能 如铝基复合材料的强度、弹性模量、疲劳极限高于高强铝合金，比强度高于钢和钛合金 。用途 航空、火箭 。简述纤维增强机理，并说明增强纤维起到强化基体作用需要具备哪些条件。机理：微细的增强纤维因直径较小，产生裂纹的几率降低；纤维在基体中，彼此隔离，纤维表面受到基体的保，护，不易受到损伤，不易在承载中产生裂纹，增大承载力；纤维在基体中，即使有些裂纹会断裂，但基体能阻止裂纹扩展；由于基体对纤维的粘结作用以及基体与纤维之间的摩擦力，使得材料的强度大大提高。条件：增强纤维的强度和弹性模量应比基体材料的高；基体与纤维之间要有一定的粘结力，并具有一定的强度；纤维应有一定的含量、尺寸和分布；纤维与基体之间的线膨胀系数相匹配；纤维与基体之间有良好的相容性。简述纤维增强的机理，并说明增强纤维与基体复合时应注意有关强化的几个问题。纤维增强的机理： 增强纤维应制成细纤维，这样才有利于提高纤维强度、改善脆性，降低裂纹发生率。 纤维处在基体中，彼此隔离，并受到基体保护，不易产生裂纹，从而使承载能力增加。 带裂纹的纤维因受力断裂时，基体能阻止裂纹扩展。 基体受载断裂时，断口不可能在一个平面