材料科學(xué)與工程導(dǎo)論課后習(xí)習(xí)題答案 楊瑞城 蔣成禹

1、第1章 材料與人類1. 為什么說材料的發(fā)展是人類文明的里程碑？材料是一切文明和科學(xué)的基礎(chǔ)，材料無處不在，無處不有，它使人類及其賴以生存的社會、環(huán)境存在著緊密而有機的聯(lián)系。縱觀人類利用材料的歷史，可以清楚地看到，每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和利用，都會把人類支配和改造自然的能力提高到一個新的水平，給社會生產(chǎn)和人類生活帶來巨大的變化。2. 什么是材料的單向循環(huán)什么是材料的雙向循環(huán)兩者的差別是什么物質(zhì)單向運動模式：“資源開采-生產(chǎn)加工-消費使用-廢物丟棄”冶金等初加工資源開采地球工業(yè)原料原材料進一步加工組合加工制造人類使用后失效工程材料產(chǎn)品 廢料雙向循環(huán)模式：以仿效自然生態(tài)過程物質(zhì)循環(huán)的模式，建立起廢物能在

2、不同生產(chǎn)過程中循環(huán)，多產(chǎn)品共生的工業(yè)模式，即所謂的雙向循環(huán)模式（或理論意義上的閉合循環(huán)模式）。綜合利用變?yōu)闊o害廢物綜合利用變?yōu)闊o害廢物地球工業(yè)用原料原材料經(jīng)過人類處理重新利用后的無害廢物廢料工程材料產(chǎn)品差別：單向循環(huán)必然帶來地球有限資源的緊缺和破壞，同時帶來能源浪費，造成人類生存環(huán)境的污染。無害循環(huán)：流程性材料生產(chǎn)中，如果一個過程的輸出變?yōu)榱硪粋€過程的輸入，即一個過程的廢物變成另一個過程的原料，并且經(jīng)過研究真正達到多種過程相互依存、相互利用的閉合的產(chǎn)業(yè)“網(wǎng)”、“鏈”，達到了清潔生產(chǎn)。3. 什么是生態(tài)環(huán)境材料？生態(tài)環(huán)境材料是指同時具有優(yōu)良的使用性能和最佳環(huán)境協(xié)調(diào)性能的一大類材料。這類材料對資源和

3、能源消耗少，對生態(tài)和環(huán)境污染小，再生利用率高或可降解化和可循環(huán)利用，而且要求在制造、使用、廢棄直到再生利用的整個壽命周期中，都必須具有與環(huán)境的協(xié)調(diào)共存性。因此，所謂環(huán)境材料，實質(zhì)是賦予傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料、功能材料以特別優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料，它是材料工作者在環(huán)境意識指導(dǎo)下，或開發(fā)新型材料，或改進、改造傳統(tǒng)材料，任何一種材料只要經(jīng)過改造達到節(jié)約資源并與環(huán)境協(xié)調(diào)共存的要求，它就應(yīng)被視為環(huán)境材料。4. 為什么說材料科學(xué)和材料工程是密不可分的系統(tǒng)工程？材料科學(xué)與工程的材料科學(xué)部分主要研究材料的結(jié)構(gòu)與性能之間所存在的關(guān)系，即集中了解材料的本質(zhì)，提出有關(guān)的理論和描述，說明材料結(jié)構(gòu)是如何與其成分、性能以及行為相聯(lián)

4、系的。而另一方面，與此相對應(yīng)，材料工程部分是在上述結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的基礎(chǔ)上，設(shè)計材料的組織結(jié)構(gòu)并在工程上得以實施與保證，產(chǎn)生預(yù)定的種種性能，即涉及到對基礎(chǔ)科學(xué)和經(jīng)驗知識的綜合、運用，以便發(fā)展、制備、改善和使用材料，滿足具體要求。兩者只是側(cè)重點不同，并沒有明顯的分界線，一般在使用材料科學(xué)這一術(shù)語時，通常都包含了材料工程的許多方面；而材料工程的具體問題的解決，毫無疑問，都必須以材料科學(xué)作為基礎(chǔ)與理論依據(jù)，所以材料科學(xué)與材料工程是一個整體。5. 現(xiàn)代材料觀的六面體是什么怎樣建立起一個完整的材料觀材料科學(xué)與工程研究材料組成、性能、生產(chǎn)流程和使用效能四個要素，構(gòu)成四面體。成分、合成與加工、結(jié)構(gòu)、性能及使用

5、效能連接在一起組成一個六面體。6. 什么是材料的使用效能？指材料在使用條件下的表現(xiàn)，如使用環(huán)境、受力狀態(tài)對材料特征曲線以及壽命的影響。效能往往決定著材料能否得到發(fā)展和使用。7. 試講一下材料設(shè)計與選用材料的基本思想與原則？材料設(shè)計是應(yīng)用已知理論與信息，預(yù)報具有預(yù)期性能的材料，并提出其制備合成方案。材料設(shè)計可根據(jù)設(shè)計對象所涉及的空間尺度劃分為顯微結(jié)構(gòu)層次、原子分子層次和電子層次設(shè)計，以及綜合考慮各個層次的多尺度材料設(shè)計。從工程角度，材料設(shè)計是依據(jù)產(chǎn)品所需材料的各項性能指標(biāo)，利用各種有用信息，建立相關(guān)模型，制定具有預(yù)想的微觀結(jié)構(gòu)和性能的材料及材料生產(chǎn)工藝方法，以滿足特定產(chǎn)品對新材料的需求。選材原則

6、：1）勝任某一特定功能；2）綜合性能比較好；3）材料性能差異定量化；4）成本、經(jīng)濟與社會效益；5）與環(huán)境保護盡可能地一致，即對環(huán)境盡可能友好。選材思想：設(shè)計-工藝-材料-用戶最佳組合的結(jié)果第2章 工程材料概述工程材料分為：金屬材料、陶瓷材料、聚合物材料、復(fù)合材料以及不宜歸入上述四類的“其他材料”。1. 什么是黑色金屬什么是有色金屬黑色金屬主要是指鋼鐵和其他鐵基合金，以及鉻、錳及其合金，以其他金屬為基的合金稱為有色金屬或稱為非鐵合金。二者總稱為金屬材料。2. 碳鋼和合金鋼如何分類？含碳量不同：w（C）<0.25% 低碳鋼；w（C）=0.25%0.55% 中碳鋼；w（C）>0.55%

7、高碳鋼；用途：結(jié)構(gòu)鋼：制造各種金屬構(gòu)件和機械零件；工具鋼用來制造各種刃具、模具和量具；質(zhì)量等級：普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼（雜質(zhì)元素或缺陷程度不同）P14 各種牌號合金鋼用途分類：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特種性能鋼（特殊鋼）按化學(xué)成分分類，可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼等。合金元素的質(zhì)量分數(shù)：低合金鋼（合金質(zhì)量分數(shù)低于5%）、中合金鋼（5%10%）和高合金鋼（大于10%）熱處理后顯微組織分類：珠光體鋼、貝氏體鋼、鐵素體鋼等特殊鋼主要包括各類不銹鋼，其他還有耐熱鋼、抗氧化鋼、耐磨鋼3. 鑄鐵材料是怎樣分類的應(yīng)用時怎樣選擇鑄鐵是碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金，同時含有較多的Si、Mn和

8、其他一些雜質(zhì)元素，為了提高鑄鐵的性能，加入一定量的合金元素，稱之為合金鑄鐵。同鋼相比，鑄鐵熔煉簡便，成本較低，具有優(yōu)良的鑄造性能、很高的耐磨性、良好的減震性能和切削加工性能，且缺口敏感性低等特點。因此鑄鐵廣泛用于機械、冶金、石化、交通、建筑、國防等領(lǐng)域。白口鑄鐵 室溫組織的碳全部或絕大部分以化合物滲碳體Fe3C存在，斷口呈銀白色，稱白口鑄鐵。性能硬而脆，難以加工，很少應(yīng)用?；铱阼T鐵 碳全部或大部分以片狀石墨形式存在，組織中沒有硬脆的萊氏體。斷口呈暗灰色。價格低廉，容易切削加工，可用于制造汽缸、泵體、支座以及機床床身等。球墨鑄鐵 石墨為球狀的鑄鐵 綜合力學(xué)性能好，可用于制造一些重要的機器零件，如

9、曲軸、凸輪軸、齒輪等?？慑戣T鐵 碳以團絮狀石墨形式存在。 高強度鑄鐵，制造一些形狀復(fù)雜，承受沖擊載荷的薄壁小件。蠕墨鑄鐵 組織為鋼基體上分布著蠕蟲狀石墨。制造工作溫度較高或是具有較大溫度梯度的零件，如大型柴油機汽缸蓋、制動盤、排氣管、鋼錠模、金屬型等。合金鑄鐵分為耐磨鑄鐵：制造機床導(dǎo)軌、汽車發(fā)動機缸套等零部件。耐蝕鑄鐵主要用于化工部門、造船部門使用的管道、閥門、泵類等零件。4. 銅合金在工程中怎樣應(yīng)用？純銅的機械性能較低，為滿足制作工程結(jié)構(gòu)的要求，加入不同的合金元素制成銅合金，實現(xiàn)固溶強化、時效強化和過剩相強化，從而提高其性能。黃銅 （CuZn合金）、青銅（CuSn合金）、白銅（CuNi合金）

10、。5. 鈦合金為什么耐蝕鈦合金主要應(yīng)用在那些領(lǐng)域鈦在大氣中極易形成氧化鈦薄膜，因此在很多介質(zhì)中有極高的抗腐蝕性，特別在海水中不腐蝕。廣泛應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域以及大量民用工程，如高爾夫球具、人造關(guān)節(jié)、牙齒等。6. 環(huán)境材料的內(nèi)涵是什么？具有優(yōu)良性能、與環(huán)境相協(xié)調(diào)、有利于環(huán)保的一類材料。分為天然材料（如木制材料等）、循環(huán)再生材料、低環(huán)境負荷材料以及環(huán)境功能材料。7. 陶瓷材料是如何分類的？陶瓷可定義為經(jīng)過高溫處理所合成的無機非金屬材料。傳統(tǒng)陶瓷按用途可分為 日用陶瓷、建筑陶瓷等?，F(xiàn)代陶瓷按性能和應(yīng)用范圍又可分為結(jié)構(gòu)陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷等。8. 什么是結(jié)構(gòu)陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷？試列舉各自典型

11、材料及主要應(yīng)用。結(jié)構(gòu)陶瓷：作為結(jié)構(gòu)部件的特種陶瓷1. 氧化鋁陶瓷是一種以Al2O3為主要成分的陶瓷，其中Al2O3的質(zhì)量分數(shù)在45%以上。根據(jù)Al2O3的質(zhì)量分數(shù)大小又可分為75瓷、95瓷、99瓷，它們的質(zhì)量分數(shù)分別是75%、95%、99%。75瓷屬于剛玉-莫來石瓷，95、99瓷屬于剛玉瓷。剛玉瓷的性能最佳，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高。剛玉-莫來石瓷性能較差，但成本低。優(yōu)點：1）很高的機械性能和介電性能2）耐高溫；3）化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸堿，且高溫下也不會氧化；4）優(yōu)良的電絕緣性能，特別是高頻下的電絕緣性能好。缺點：脆性大，不能承受沖擊載荷，且抗熱震性差，不能承受突然的環(huán)境溫度變化。氧化鋁陶瓷應(yīng)用：

12、紡織用的導(dǎo)線器及火箭用的導(dǎo)流罩，氬弧焊機的氣體罩、噴砂用的噴嘴、熔化金屬的坩堝、高溫?zé)犭娕继坠?、火花塞?. 氮化硅陶瓷氮化硅是六方晶系的晶體，有-Si3N4和-Si3N4兩種。反應(yīng)燒結(jié)的氮化硅是以-Si3N4為主晶相；熱壓燒結(jié)的氮化硅以-Si3N4為主晶相性能：1）良好的化學(xué)穩(wěn)定性，除HF以外，耐各種無機酸和堿溶液復(fù)試，也能抵抗熔融非鐵金屬的侵蝕；2） 優(yōu)異的電絕緣性能；3） 硬度高，耐磨性好，摩擦系數(shù)小，且本身具有自潤滑性；4） 熱膨脹系數(shù)小，優(yōu)異的抗高溫蠕變性能，抗熱震性能好應(yīng)用：高溫軸承；測量鋁液熱電偶套管的理想材料；冶金和熱加工工業(yè)的廣泛應(yīng)用。3. 碳化硅陶瓷性能：1）高溫強度大；2

13、）常溫硬度高，耐磨性好；3）耐蝕性強，與各種酸都不起作用；4）導(dǎo)熱能力強應(yīng)用：1）火箭尾噴管的噴嘴；2）燃氣輪機葉片，軸承；3）高溫下熱交換器，如核燃料的包封材料；4）耐磨，可制作各種泵的密封圈。4. 六方氮化硼性能：1）良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性；2）良好的電絕緣性，高溫介電強度高；3）良好的化學(xué)穩(wěn)定性；4）硬度低，自潤滑性應(yīng)用：1）理想的高溫絕緣和散熱材料，熱電偶套管，半導(dǎo)體散熱絕緣零件；2）耐熱耐腐蝕，制成高溫構(gòu)件，如火箭燃燒室內(nèi)襯；3）粉狀六方氮化硼可作耐高溫、高載荷、耐腐蝕的潤滑劑，在玻璃和金屬成型中做脫模劑。工具陶瓷1.硬質(zhì)合金：又稱粘結(jié)碳化物，它是由金屬粘結(jié)相和碳化物硬質(zhì)相組成的粉末

14、冶金材料，也屬于復(fù)合材料。其中硬質(zhì)相主要成分是WC、TiC，其次是TaC、NbC、VC等。粘結(jié)金屬用鐵族金屬及其合金，以鈷為主。成分與性能碳化物硬質(zhì)相是硬質(zhì)合金的骨架，起堅硬耐磨的作用，Co作為粘結(jié)相，使材料具有一定的強度和韌性，隨著含Co量的增加，硬度下降，而強韌性增加。粗加工選用Co高的合金，精加工選用Co低的合金。三類普通硬質(zhì)合金：YT類 適合加工韌性材料；YG類適合加工硬脆材料；YW類都可以，萬能硬質(zhì)合金。性能：與工具鋼相比，室溫硬度較高，熱硬性好，耐磨性好，刀具切削效率高。由于硬度太高，性脆，很難機械加工，因而普通硬質(zhì)合金常制備成刀片，鑲在刀上使用。應(yīng)用：刀具材料 低鈷（w（Co）&

15、lt;10%）普通硬質(zhì)合金用于車刀、銑刀、轉(zhuǎn)頭； 礦山工具 中鈷（w（Co）=10%25%）普通硬質(zhì)合金主要用于制作中硬和硬巖沖擊回轉(zhuǎn)鉆進鉆頭；低鈷硬質(zhì)合金用于制作地質(zhì)和石油鉆探中的旋轉(zhuǎn)鉆進鉆頭。 模具和量具 中鈷普通硬質(zhì)合金用于制作拉伸模、拉拔模等；高鈷硬質(zhì)合金可用于制作沖擊負荷較大的擠壓模、冷鐓模、沖壓模等。 高硬度的結(jié)構(gòu)件，如噴嘴、軸承；在尖端技術(shù)方面，火箭頭，人造衛(wèi)星返回大氣層防燃燒的遮板等。2. 金剛石性能：自然界硬度最高，極高彈性模量，導(dǎo)熱率最高，極好的絕緣性，電子和空穴的遷移率高，摻入硼可制造半導(dǎo)體；熱敏、透紅外光等物質(zhì)性質(zhì)及良好的耐蝕性。應(yīng)用：刀具、工具、結(jié)構(gòu)、功能材料3. 立

16、方碳化硼性能：很高的硬度、抗壓強度、熱穩(wěn)定性、化學(xué)惰性和極好的導(dǎo)熱性。應(yīng)用：刀具，模具，也可制成拉絲模、散熱片，中子遮蔽窗口和高溫半導(dǎo)體。9. 功能陶瓷是怎樣定義的？通過光電磁力熱、化學(xué)、生物化學(xué)等作用后，具有特殊功能的陶瓷。10. 高聚物材料是怎樣分類的？11. 塑料有哪些特性熱塑性塑料主要有哪幾種熱固性塑料主要有哪幾種12. 什么是橡膠它是怎樣分類的13. 合成纖維有哪些特性主要用途是什么14. 膠黏劑有哪些作用涂料有哪些用途15. 復(fù)合材料是怎樣分類的？復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組成的一種多相固體材料。按基體材料種類分：樹脂基復(fù)合材料；金屬基復(fù)合材料；無機非金屬基

17、復(fù)合材料按增強材料形狀和分布分：連續(xù)長纖維增強復(fù)合材料；短纖維、晶須增強復(fù)合材料；顆粒強化復(fù)合材料；彌散強化復(fù)合材料；積層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料；多組分的纖維、顆粒混雜復(fù)合材料。按復(fù)合效果分：力學(xué)復(fù)合材料；功能復(fù)合材料16. 復(fù)合材料的主要特點有哪些？具有高的比強度和比模量；良好的抗疲勞性能和破損安全性；減振性能好；高溫性能得到改善；獨特的設(shè)計與制造。17. 樹脂基復(fù)合材料有哪些性能玻璃鋼的應(yīng)用有哪些特點18. 金屬基復(fù)合材料的類型有哪些它是什么特點低溫金屬基復(fù)合材料：鋁、鎂合金；中溫金屬基復(fù)合材料：鈦基復(fù)合材料；高溫金屬基復(fù)合材料：鎳合金特點：比非金屬基復(fù)合材料的力學(xué)性能高，特別是在強度方面；具有良好

18、的高溫性能；比非金屬基復(fù)合材料的非軸向和橫向性能好；具有良好的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，可以避免靜電聚集和減小構(gòu)件的溫差；具有類似金屬的焊接性能，并能進行局部強化；金屬基復(fù)合材料的密度要比非金屬基復(fù)合材料大。19. C/C復(fù)合材料的性能特點是什么應(yīng)用范圍是什么優(yōu)點：優(yōu)良的抗熱震性；優(yōu)良的抗燒蝕性能；具有一定的強度和剛度；良好的化學(xué)穩(wěn)定性缺點：碳在高溫時易氧化，垂直于纖維方向的強度較低，材料中的孔隙率較高，材料的生產(chǎn)周期長，制造成本高，性能難以把握。應(yīng)用：航天航空領(lǐng)域（航天飛機的機翼前緣）；醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（人造關(guān)節(jié)）第3章 工程材料的基本性能1. 材料的彈性模量E的工程含義是什么它和零件的剛度有何關(guān)系材料在彈性

19、變形階段，應(yīng)力（）與應(yīng)變（）成正比關(guān)系，兩者的比值成為彈性模量，記為E，且E=/表征材料對彈性變形的抗力。其值越大，材料產(chǎn)生一定量的彈性變形所需要的應(yīng)力越大，故工程上也稱E為材料的剛度,主要取決于材料的本性，反映了材料內(nèi)部原子間結(jié)合鍵的強弱，而材料的組織變化對彈性模量無明顯影響。零件剛度的大小取決于零件的幾何形狀和材料的彈性模量一般來說，剛度與彈性模量是不一樣的，彈性模量是物質(zhì)組分的性質(zhì)，而剛度是固體的性質(zhì)；也就是說彈性模量是物質(zhì)微觀的性質(zhì)，而剛度是物質(zhì)宏觀的性質(zhì)。2. 試說明以下符號的意義：e:彈性極限，材料發(fā)生彈性變形的最大應(yīng)力。s（0.2）：屈服強度，在拉伸過程中，出現(xiàn)載荷不增加而試樣還

20、繼續(xù)伸長的現(xiàn)象稱為屈服，材料開始屈服時所對應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力，或稱屈服強度，以s表示。其表征材料發(fā)生明顯塑性變形時的抗力。b：抗拉強度，材料開始發(fā)生“頸縮”的應(yīng)力。相當(dāng)于斷裂時的應(yīng)力。f：試樣發(fā)生斷裂時的應(yīng)力值：延伸率：斷面收縮率K ：沖擊總功Ak除以缺口處試樣的截面積，表示沖擊韌性。-1：堆成交變應(yīng)力的疲勞強度。夏氏沖擊實驗?zāi)軌蚝唵窝杆俚卦u定材料的韌性，所以至今仍然被廣泛地使用。缺點：由于是缺口試樣，所以不能真實反映帶裂紋的構(gòu)件的脆斷情況；對于評價材料的溫度脆化傾向，沖擊韌性只能用于具有明顯延性脆性轉(zhuǎn)折的材料；由于加載速度、試樣或工件幾何因素等的影響，沖擊試驗最好用于材料的比較和選擇，而不

21、能作為設(shè)計的標(biāo)準。3. 比較布氏、洛氏、維氏硬度的應(yīng)用范圍，并簡要說明它們各自的優(yōu)缺點。優(yōu)缺點、應(yīng)用范圍布氏硬度：具有較高的測量精度，因其壓痕面積大，比較真實地反映出材料的平均性能，但不能測定高硬度材料。鑄鐵和鋼、有色金屬洛氏硬度：操作迅速、簡便，可由表盤上直接讀出硬度值；壓痕小，可測量較薄工件的硬度。缺點是精度較差，硬度值波動較大。很硬的材料、黃銅、低強度鋼、高強度鋼，較硬的材料維氏硬度：測定材料范圍廣泛，很軟或很硬的都可以；準確度高；但是測試手續(xù)較繁。硬材料及一般材料4. 評定材料高溫力學(xué)性能的常用指標(biāo)有哪些如何表示它們?nèi)渥儤O限：是以在給定溫度T（）下和規(guī)定的試驗時間t（h）內(nèi)，使試樣產(chǎn)生

22、一定蠕變伸長量的應(yīng)力作為蠕變極限，用符號（MPa）表示，例如表示材料在900，500小時內(nèi)，產(chǎn)生0.3%變形量的應(yīng)力為600MPa持久強度：表征材料在高溫載荷長期作用下抵抗斷裂的能力，以試樣在給定溫度T（）經(jīng)規(guī)定時間t（h）發(fā)生斷裂的應(yīng)力作為持久強度，用符號表示。例如，表示材料在800，經(jīng)600小時斷裂的應(yīng)力為700Mpa。5. 通常描述材料的電、磁、熱性能的主要指標(biāo)有哪些主要影響因素是什么表征材料電性質(zhì)的物理量有：電阻R、電阻率、電導(dǎo)率和電阻溫度系數(shù)t電阻R與被測試測試樣的幾何形狀和尺寸有關(guān),表示對于一定的材料，若長度越長，橫截面積越小，則電阻越大溫度和材料的加工工藝過程等因素對材料的電阻率

23、產(chǎn)生影響。金屬中，溫度越高，電阻率越高。雜質(zhì)元素增大電阻率，塑性變形增大電阻率相對磁導(dǎo)率r、磁化率和磁化強度M是描述材料磁性的參數(shù)。為了描述材料磁性的強弱和磁化狀態(tài)，常用磁化強度M來表示，即單位體積內(nèi)的總磁矩。磁化強度M和磁場強度H的比值稱為磁化率，記為；磁感應(yīng)強度B與磁場強度H的比值稱為磁導(dǎo)率，記為。定義r=/0為相對磁導(dǎo)率熱容（材料種類有關(guān)，陶瓷大，金屬?。?、線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率表示熱性能。線膨脹系數(shù)表示材料的熱膨脹性，其含義是溫度上升1度，單位長度的伸長量。與原子間結(jié)合力有關(guān)，結(jié)合力越大，線膨脹系數(shù)越小，以共價鍵和離子鍵為主的材料的熱膨脹性最小，金屬居中，而具有范德瓦爾鍵的熱膨脹性最大。金

24、屬的熱導(dǎo)率比較強6. 理解以下重要的術(shù)語和基本概念：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體、超導(dǎo)體、電導(dǎo)率、電阻率、磁化、磁化率、磁化強度、抗磁性、順磁性、鐵磁性、軟磁材料、硬磁材料、熱容、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)、化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、氧化等。導(dǎo)體：導(dǎo)體（conductor）是指電阻率很小且易于傳導(dǎo)電流的物質(zhì)。半導(dǎo)體（ semiconductor），指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體（conductor）與絕緣體（insulator）之間的材料。絕緣體的定義：不容易導(dǎo)電的物體叫做絕緣體。超導(dǎo)是指導(dǎo)電材料在溫度接近絕對零度的時候，物體分子熱運動下材料的電阻趨近于0的性質(zhì)?！俺瑢?dǎo)體”是指能進行超導(dǎo)傳輸?shù)膶?dǎo)電材料。零電阻和抗磁性是

25、超導(dǎo)體的兩個重要特性。電導(dǎo)率，物理學(xué)概念，指在介質(zhì)中該量與電場強度之積等于傳導(dǎo)電流密度，也可以稱為導(dǎo)電率。電阻率是用來表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量。某種物質(zhì)所制成的原件（常溫下20°C）的電阻與橫截面積的乘積與長度的比值叫做這種物質(zhì)的電阻率。電阻率與導(dǎo)體的長度、橫截面積等因素?zé)o關(guān)，是導(dǎo)體材料本身的電學(xué)性質(zhì)，由導(dǎo)體的材料決定，且與溫度有關(guān)。一些物體在磁體或電流的作用下會顯現(xiàn)磁性，這種現(xiàn)象叫做磁化。磁化率，表征磁介質(zhì)屬性的物理量。常用符號cm表示，等于磁化強度M與磁場強度H之比。磁導(dǎo)率 英文名稱：magnetic permeability 表征磁介質(zhì)磁性的物理量。表示在空間或在磁芯空間中

26、的線圈流過電流后、產(chǎn)生磁通的阻力、或者是其在磁場中導(dǎo)通磁力線的能力、其公式=B/H 、其中H=磁場強度、B=磁感應(yīng)強度，常用符號表示，為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，或稱絕對磁導(dǎo)率。磁化強度：定義為媒質(zhì)微小體元V內(nèi)的全部分子磁矩矢量和與V 之比?？勾判裕╠iamagnetism）是指一種弱磁性。組成物質(zhì)的原子中，運動的電子在磁場中受電磁感應(yīng)而表現(xiàn)出的屬性。外加磁場使電子軌道動量矩繞磁場進動，產(chǎn)生與磁場方向相反的附加磁矩，故磁化率k抗為很小的負值（105106量級）。因此，所有物質(zhì)都具有抗磁性。順磁性（paramagnetism）是指材料對磁場響應(yīng)很弱的磁性。如用磁化率 k=M/H 來表示（

27、M和H分別為磁化強度和磁場強度），從這個關(guān)系來看，磁化率k是正的，即磁化強度的方向與磁場強度的相同，數(shù)值為106103量級。鐵磁性，是指物質(zhì)中相鄰原子或離子的磁矩由于它們的相互作用而在某些區(qū)域中大致按同一方向排列，當(dāng)所施加的磁場強度增大時，這些區(qū)域的合磁矩定向排列程度會隨之增加到某一極限值的現(xiàn)象。軟磁材料的定義：當(dāng)磁化發(fā)生在Hc不大于100A/m，這樣的材料稱為軟磁體。典型的軟磁材料，可以用最小的外磁場實現(xiàn)最大的磁化強度。磁性材料按照磁化后去磁的難易程度，可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物質(zhì)叫軟磁材料，不容易去磁的物質(zhì)叫硬磁材料。一般來講軟磁性材料剩磁較小，硬磁性材料剩磁較大

28、。熱容的標(biāo)準定義是：“當(dāng)一系統(tǒng)由于加給一微小的熱量Q而溫度升高dT時，Q/dT 這個量即是該系統(tǒng)的熱容。”（GB3102.4-93），通常以符號C表示，單位J/K。熱導(dǎo)率是指當(dāng)溫度垂直向下梯度為1/m時，單位時間內(nèi)通過單位水平截面積所傳遞的熱量。線膨脹系數(shù)：物理名詞，有時也稱為線彈性系數(shù)（linear expansivity），表示材料膨脹或收縮的程度。化學(xué)腐蝕：金屬與接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而被氧化損耗的過程。電化學(xué)腐蝕就是金屬和電解質(zhì)組成兩個電極，組成腐蝕原電池。氧化(oxidation)： 狹義地，氧元素與其他的物質(zhì)元素發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，稱其為氧化，也是一種重要的化工單元過程。廣義

29、的氧化，指物質(zhì)失電子（氧化數(shù)升高）的過程。第4章 材料的原子結(jié)構(gòu)和原子結(jié)合鍵1. 材料結(jié)構(gòu)的具體涵義是什么他們與性能的關(guān)系如何從材料學(xué)角度，材料結(jié)構(gòu)從宏觀到微觀，即按研究的尺度大致可分為四個層次宏觀組織結(jié)構(gòu)、顯微組織結(jié)構(gòu)、原子（分子）排列結(jié)構(gòu)和原子中的電子結(jié)構(gòu)。材料的性能由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定；原子中的電子狀態(tài)和運動規(guī)律與固體材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有密切的聯(lián)系，而原子間相互作用和聚集狀態(tài)則進一步?jīng)Q定著材料的行為與性能。2. 從原子外層電子相互作用角度，說明各種結(jié)合鍵的具體特征。P82 離子鍵：金屬原子失去最外層電子給鹵族原子，這樣形成一個正離子和一個負離子，異種離子互相吸引離子鍵就是這種庫倫引力，然而異種

30、離子相吸導(dǎo)致的靠近并不能無限持續(xù)下去，靠近到一定程度，會由于電子軌道重疊引起的斥力達到一個平衡。由于離子電荷引起的力并不限制在一個方向上，故離子鍵不具有方向性，即鍵的大小在環(huán)繞離子的所有方向上相等，進而導(dǎo)致離子鍵材料很穩(wěn)定，具有高度的對稱性。又由于離子鍵的穩(wěn)定，其材料熔點高，硬度高，脆性大和膨脹系數(shù)小，一般情況下，離子晶體沒有自由電子，故為電和熱的絕緣體。共價鍵結(jié)合的相鄰原子共同占有其部分價電子，使每個原子的最外層電子處于滿殼層狀態(tài)，將相鄰原子結(jié)合起來，這種結(jié)合鍵稱為共價鍵。由于兩個自旋方向相反的電子結(jié)合可使它們的自旋能量之和為零，達到穩(wěn)定狀態(tài)，于是已成對的電子不能再與其他原子中的電子結(jié)合成對

31、，即共價結(jié)合的原子所能形成鍵的數(shù)目有一最大值，故共價鍵具有飽和性。共價鍵是借共享電子結(jié)合的，按量子力學(xué)觀點，共價鍵的形成是靠相鄰原子外層未滿殼層電子云的重疊，重疊越多，所形成的共價鍵就越穩(wěn)定，故電子云重疊的方向是確定的，故有方向性。固態(tài)（或液態(tài)）金屬中外殼層電子的能量最高，而且最外層電子一般為12個或最多3個，由于原子間的相互作用，這些電子傾向于離開自身原子成為公有化的自由電子。這時價電子不再與任何一個特定的原子有特殊的關(guān)系，而是在金屬正離子之間自由地運動，成為與若干離子實相關(guān)的電子，從而把金屬原子結(jié)合起來，這就是金屬鍵。金屬鍵沒有飽和性和明顯的方向性。由于價電子可以隨意運動，所以金屬鍵材料有

32、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能；還由于各種金屬鍵的結(jié)合能相差很大，故各種金屬的強度、熔點相差很大。范德瓦爾斯鍵和氫鍵：非常微弱，只有在很低的溫度，才會液化和凝固3. 原子間有哪兩種相互作用材料為何具有一定的體積吸引力和排斥力p784. 說明三大類材料的鍵性及與其性質(zhì)的關(guān)系。（理解 p85）金屬：金屬鍵 高的熱傳導(dǎo)系數(shù)和電導(dǎo)率 是因為有些電子是非局域的、并可在三維方向移動，因此它們能夠很快地輸運電荷和熱能。不透明，易拋光出光澤，是由這些非局域電子對光頻電磁振動的響應(yīng)而引起的，這也是某些電子部分地獨立于母體原子的另一結(jié)果塑性好是因為金屬鍵每一個正離子都是等同的，這樣在某一局部地區(qū)，一群正離子在破壞了它們的鍵合

33、后滑移到一個新的位置上，又可重新鍵合起來。陶瓷：離子鍵 離子鍵結(jié)合能大，材料硬脆；根據(jù)組成元素的自然傾向，金屬元素放出外層電子給非金屬原子，并保留在其中，這就是絕緣體，又是良好的熱絕緣體；金屬正離子與非金屬負離子之間產(chǎn)生了強的吸引力。每個正離子被負離子所包圍，反過來也一樣，為了使正負離子分離，通常需要相當(dāng)大的能量，因此陶瓷材料能抗機械力、抗熱和抗化學(xué)作用。共價鍵鍵性很強，若要使電子運動及產(chǎn)生電流，必須破壞共價鍵，這就需要施加高溫或高電壓，因此共價鍵材料的力學(xué)行為是脆性的，其電學(xué)行為如同絕緣體而不是導(dǎo)體高分子材料塑料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性很有限，這是因為全部熱能必須依靠原子振動從熱區(qū)傳到冷區(qū)，這比金屬

34、中發(fā)生的自由電子傳導(dǎo)能量的過程要緩慢得多；能夠承受變形是因為，雖然主鏈內(nèi)具有脆性的共價鍵，但是鏈與鏈的結(jié)合則是很弱范的德瓦爾斯鍵，只要分子鍵彼此滑動時，范德瓦爾斯鍵逐步發(fā)生局部破裂，所以就可以產(chǎn)生很大的變形；不耐熱是因為一定程度的熱擾亂雖不會損傷鏈內(nèi)的共價鍵，卻對分子鏈間的范德瓦爾斯鍵造成破壞。5. 分析控制原子配位因素的具體內(nèi)容和它們對原子的空間排列所產(chǎn)生的影響。（p88 理解）共價：具體地說，圍繞一個原子的共價鍵數(shù)取決于原子的價電子數(shù)目，也可稱為共價配位。和原子的有效堆積 共價結(jié)合時限制因素是最大配位數(shù)，離子鍵結(jié)合時則是最小半徑比（達到盡可能接近，又不引發(fā)較大斥力的平衡狀態(tài)），金屬由于沒有

35、飽和性和明顯的方向性，一般都可以達到最密堆積6. 試分析彈性模量E的微觀表達式的涵義及其意義。晶體的彈性模量只代表原子間結(jié)合鍵的剛性，是一個僅反映原子間結(jié)合能大小的指標(biāo)，故它是穩(wěn)定的材料性質(zhì)。7. 試對比金剛石與石墨，為何它們的性質(zhì)如此截然不同？金剛石是純共價鍵晶體，有極高硬度，對電、熱的絕緣性很好，具有三維立體結(jié)構(gòu)。石墨卻是層狀結(jié)構(gòu)，為六方排列的層（或片），盡管石墨層內(nèi)有強大的共價鍵，但是層與層之間確實很弱的范德瓦爾斯鍵，而且層間距大，所以層與層間易相對滑動，可用作潤滑材料。第5章 固體材料中原子的排列與缺陷1. 材料中按原子排列的秩序，共有哪三種情況。分析與聚集態(tài)材料對應(yīng)的情況。無序、短程

36、有序和長程有序若材料中僅存在短程有序排列，稱其為非晶體或無定形材料，有時也稱之為玻璃態(tài)或玻璃。原子具有長程有序排列的材料即為晶體材料。2. 繪示意圖說明材料從液體 固體的凝固方式有哪幾種。其實際方式的主要影響因素及主要判據(jù)是什么其內(nèi)在原因是什么一種是自然冷卻形成晶體，另一種是快速冷卻形成非晶體。冷速；轉(zhuǎn)變成玻璃態(tài)的溫度Tg和結(jié)晶溫度Tm的間隔，間隔越小，越容易轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)判據(jù)：若為長程有序則為晶體，短程有序則為非晶體。3. 三大類材料的結(jié)晶傾向如何原因何在金屬晶體：面心立方、體心立方、密排六方 這是因為金屬鍵具有無方向性的性質(zhì)，且每個陣點只有一個原子的緣故陶瓷材料一般是離子晶體，也有的是共價晶

37、體 適應(yīng)鍵型、離子尺寸差別和原子價引起的種種限制4. 晶體的周期性結(jié)構(gòu)如何進行幾何描述晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣的相互關(guān)系如何在探討晶體結(jié)構(gòu)時，可以把結(jié)構(gòu)設(shè)想為在所有方向上都能延伸到無窮遠處。原子在空間中分布規(guī)律性的基本定義就是空間點陣的基本定義。以幾何點代替具體的粒子就是空間點的陣列，如果每一個陣點都具有相同的環(huán)境，陣點在三維空間的分布就形成了一個空間點陣空間點陣是晶體結(jié)構(gòu)的幾何抽象5. 三大類材料原子空間排列的主要傾向如何？并簡要分析其原因。6. 掌握三種最簡單晶體結(jié)構(gòu)的特征（晶胞原子數(shù)、致密度、配位數(shù)、密排面與密排方向等）。晶胞原子數(shù)致密度配位數(shù)密排面密排方向面心立方40.7412111<

38、110>體心立方20.688無<111>密排六方40.7412（0001）（0002）<1120>或<100><110>7. 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特性是什么是如何構(gòu)造起來的了解陶瓷材料比較簡單的幾種晶體結(jié)構(gòu)。大多數(shù)陶瓷材料是金屬與非金屬元素之間的化合物所構(gòu)成的多晶固體材料，它們的原子鍵結(jié)合方式是部分或整個是離子鍵。大多數(shù)陶瓷材料都是由離子鍵構(gòu)成的離子晶粒，也有由共價鍵組成的共價晶體。構(gòu)成離子晶體基本質(zhì)點之一的非金屬元素的原子半徑大，它們的原子排列可以是各種不同的晶系，從而組成離子晶體的骨架，金屬原子直徑小，它藏在非金屬原子的間隙之中，這樣可形成配

39、位四面體或八面體金剛石型立方結(jié)構(gòu)、氯化鈉和氯化銫結(jié)構(gòu)、晶態(tài)氧化硅8. 晶體中存在哪幾種不完整性它們的主要意義何在點缺陷：在三維空間中各方向上的尺寸很小，故又稱零維缺陷，如空位、間隙原子、雜質(zhì)原子、色心等。點缺陷：雜質(zhì)原子共價晶體中的置換雜質(zhì)，通常引起并存的電子缺陷，從而明顯地改變材料的導(dǎo)電性。例如，半導(dǎo)體材料鍺（四價）中含有五價砷或三價鎵，在鍵合軌道上會多出一個自由電子或電子空穴，兩類電子缺陷都可以運動，因此導(dǎo)電率增加。離子晶體也允許置換雜質(zhì)，但條件是保持電中性。例如Ca2+置換了兩Na+離子，卻只占據(jù)一個位置。于是，這種雜質(zhì)創(chuàng)造了另一種稱為陽離子空位的缺陷。它對離子晶體的電學(xué)性質(zhì)有影響，加電

40、場時，陽離子空位會反復(fù)地與相鄰陽離子交換位置而產(chǎn)生電流。當(dāng)然在這種情況下，導(dǎo)電相當(dāng)于帶正電荷陽離子的運動。點缺陷：空位與自間隙原子空位是晶體中沒有被占據(jù)的原子位置，而自間隙原子是晶體本身的原子占據(jù)了間隙位置。產(chǎn)生空位原因：晶體中原子熱振動，一些原子的動能大大超過給定溫度下的平均動能而離開原來的位置，造成原位置原子的空缺。溫度升高，凝固過程中的塑性變形以及高能粒子輻射也促進空位的形成。自間隙原子分為三種：當(dāng)一個原子離開點陣正常位置（從而產(chǎn)生一個空位）并擠入一個間隙位置時所產(chǎn)生的一對點缺陷稱為弗蘭克爾缺陷；肖脫基缺陷，即正負離子空位；正負自間隙原子呈中性點缺陷周圍的點陣畸變提高了金屬的強度，其他材

41、料的點缺陷直接影響導(dǎo)電等性質(zhì)。另一方面，點缺陷（如空位）的一個非常重要的特點是它們能夠與相鄰原子交換位置而運動，這使得在較高溫度時可以在固態(tài)中進行迅速遷移，即進行擴散。線缺陷：在三維空間中兩個方向尺寸很小，而另一個方向上尺寸較大，故又稱一維缺陷，位錯就是這種缺陷。從晶體塑性變形角度，當(dāng)晶體的一部分相對于另一部分在切應(yīng)力作用下進行相對運動或滑移時，晶體的已滑移部分與未滑移部分的交界線即為位錯。對晶體材料的許多現(xiàn)象與行為，如金屬的相變、擴散、再結(jié)晶、蠕變與斷裂等起著重要作用。面缺陷：在三維空間中一個方向尺寸很小，另兩個方向尺寸較大，故又稱二維缺陷，如晶界、亞晶界、相界、層錯、孿晶界、有序疇界、生長

42、層、胞壁、磁疇界等。細化晶粒，增大界面面積是強化金屬、陶瓷材料的重要強化手段；界面還往往是相變的發(fā)源地，界面與表面又是原子擴散的快速通道；晶界對于透明陶瓷的透光性能有很大應(yīng)先，晶粒細小，尺寸接近均一、晶界處無雜質(zhì)是透明陶瓷獲得高度透光性的重要條件。體缺陷：在三維空間中三個方向上尺寸較大，故又稱三維缺陷，如沉淀相、夾雜物、空洞等。9. 舉例說明材料中原子排列是如何影響材料的行為與性能的。金屬密度大，是因為金屬鍵無方向性，可以達到密排堆積，而聚合物及陶瓷是共價鍵或離子鍵，不可以達到密排，且組成它們的原子（C、H、O）較輕，所以密度較小。在離子和共價晶體中，結(jié)合鍵的性質(zhì)常對力學(xué)性能起著更重要的作用，

43、而原子排列的影響成為次要；金屬晶體中，晶體結(jié)構(gòu)因素對力學(xué)性能則起著重要作用。高聚物中鏈結(jié)構(gòu)對其性能影響？1） 高聚物由于分子量很大，是由數(shù)量巨大的原子化學(xué)鍵合而成，其與低分子物質(zhì)相比有一定的機械強度。2） 高聚物主鏈上的原子以共價鍵結(jié)合，縱向延伸即成長鏈，長鏈是柔軟的，可以任意彎折，多條長鏈的聚合，使長鏈之間具有相互作用，使得強度提高，柔性下降。3） 非晶態(tài)聚合物中相鄰的分子鏈靠范德瓦爾斯力凝固起來的，比較弱，所以熔點，強度低；若鏈與鏈之間是共價鍵合，即交聯(lián)，聚合物的強度會提高。1）鏈狀硅酸鹽的鏈內(nèi)離子鍵結(jié)合，使材料具有較高的硬度和強度，但是鏈與鏈之間的結(jié)合沒有鏈內(nèi)原子間的結(jié)合那樣強，故受力后

44、容易斷裂，即平行于硅酸鹽鏈方向的破壞。有時鏈間是由分子鏈和離子鍵共同結(jié)合的，常呈細長纖維狀形態(tài)，則易以纖維狀進行分離。2）層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，由于層與層之間結(jié)合很弱（分子鍵），很容易發(fā)生斷裂。云母易剝裂成片，滑石具有潤滑性，它們都與這種結(jié)構(gòu)排列有關(guān)。3）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)則是硅氧四面體以三維方向相互結(jié)合的結(jié)果。實際上它是分子式為（SiO2）n的巨大分子，由于其共價鍵的空間立體網(wǎng)絡(luò)，因此具有高硬度4）若為玻璃態(tài)，則硅酸鹽材料也會具有非晶的一些性質(zhì)，如各向同性。位錯會阻礙晶體的塑性變形，由于陶瓷材料鍵合特點，位錯阻力特別大，故又脆又硬。第6章 固體材料熱力學(xué)狀態(tài)：自由能、相圖、相與組織1. 影響材料系統(tǒng)自由能

45、的兩大因素是什么對于材料系統(tǒng)產(chǎn)生什么具體影響溫度：在某溫度下存在的相相對于其他相來說都是自由能最低的。自由能數(shù)值的相對大小決定了任一相的穩(wěn)定性。成分:它是各個組元的相對質(zhì)量分數(shù)，與化學(xué)勢息息相關(guān)，反應(yīng)都是向降低化學(xué)勢的方向進行。2. 試分析自由能曲線與材料相圖的關(guān)系。由已知的自由能-成分曲線可以將相圖作出來。通過熱力學(xué)計算作出各溫度下的自由能-成分曲線。再根據(jù)公切線法則，找出平衡相的成分，然后綜合畫在一張溫度-成分坐標(biāo)圖上，即得到相圖。自由能-成分相圖 還可用來判斷和估算與各種反應(yīng)相對應(yīng)的自由能變化。3. 分析材料相圖的含義和工程意義。相圖亦稱為狀態(tài)圖或平衡圖，是用幾何的方式來描述處于平衡狀態(tài)

46、（非平衡態(tài)一般不適用）下材料的成分、相和外界條件的相互關(guān)系。相圖主要用于金屬材料與陶瓷材料領(lǐng)域。相圖是研究這些材料中各種微觀結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律的有效工具，它簡練地描繪了平衡條件下的材料狀態(tài)，為冶金及材料工作者提供了有益的資料。工程意義：1)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)對材料的要求也越來越高，實際材料很少是純元素的，而是由多種元素組成，要弄清楚組元間的組成規(guī)律，了解什么成分在什么條件下形成什么相，因而相平衡關(guān)系的研究就成為使用和研制材料的理論基礎(chǔ).2) 合金在加工、處理之后的組織狀況也可用相圖作為分析依據(jù)或參考資料。3) 在科研及生產(chǎn)實踐中，相圖是研制新材料、正確選擇和制定合金的熔煉、鑄造、壓力加工

47、和熱處理工藝，還有陶瓷材料的燒結(jié)工藝，以及進行材料各種狀態(tài)金相分析的重要工具。4. 試分析相與組織兩者概念上的差異與相互間的聯(lián)系。組元是組成材料最基本、獨立的物質(zhì)，組元可以是純元素，也可以是穩(wěn)定化合物。金屬材料的組元多為純元素，陶瓷材料的組元多為化合物。材料中具有同一化學(xué)成分且結(jié)構(gòu)相同的均勻部分叫相。材料內(nèi)部的宏觀與微觀形貌稱為組織，這些組織一般可借助儀器直接觀察到。組織是與相有密切聯(lián)系的概念，它實際上是指各個晶?；蚋鞣N相所形成的圖案（形態(tài)或形貌）。在不同條件下，相的晶粒大小、形態(tài)及分布會有所不同，從而材料內(nèi)部會呈現(xiàn)不同的微觀形貌。因而同樣的相可以形成不同的組織。5. 陶瓷材料與金屬材料都有哪

48、些主要組成相，說明它們的性質(zhì)與作用。金屬材料中有固溶體和化合物兩類基本組成相。置換固溶體：溶質(zhì)原子取代溶劑晶格某些結(jié)點上的溶劑原子而形成的固溶體。當(dāng)溶質(zhì)原子與溶劑原子的直徑、電化學(xué)性質(zhì)比較接近時，一般形成置換固溶體；可以為有限或者無限固溶體。間隙固溶體：溶質(zhì)原子進入溶劑晶格中的間隙位置而形成的固溶體。當(dāng)溶質(zhì)原子直徑遠小于溶劑原子時，一般形成間隙固溶體。溶解度小，為有限固溶體固溶體的強度、硬度高于其溶劑組元，產(chǎn)生了強化效果。塑形、韌性變化不大。因而固溶體具有較好的綜合機械性能（一定的強度及很好的塑性），良好的塑性成形性能，常作為金屬結(jié)構(gòu)材料中的基本組成相（基體）?；衔锸墙饘俨牧现薪M元之間相互作

49、用而生成的新相，其晶體結(jié)構(gòu)與溶劑、溶質(zhì)均不同。分類：化合物可以是金屬原子與某些非金屬原子形成的化合物，也可以是組元金屬與金屬之間的形成的化合物，稱為金屬間化合物。金屬材料中可能出現(xiàn)的化合物按它們的結(jié)構(gòu)又可分為間隙化合物、正常價化合物、電子相化合物。金屬材料中的化合物的熔點、硬度較高、脆性較大，這是因為除金屬鍵外，它們之中尚含相當(dāng)成分的離子鍵或共價鍵，但如果它以較少數(shù)量與韌性的固溶體適當(dāng)搭配，可以作為強化相。因此，合理控制合金中化合物的數(shù)量、尺寸、分布，可以極大地改善合金性能。陶瓷材料有晶相、玻璃相、氣相晶相是陶瓷材料的基本組成部分；組成陶瓷晶相的晶體通常有三類：氧化物（如氧化鋁、氧化鈦等）；氧

50、酸鹽（如硅酸鹽、鈦酸鹽等）；非氧化合物（金屬碳化物、氮化物、硼化物）。晶相進一步可分為主晶相、次晶相、第三晶相等，材料的性質(zhì)主要由主晶相決定。玻璃相是陶瓷燒結(jié)時各組成物和雜質(zhì)產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)后所形成的液相冷卻而形成的。玻璃相為非晶態(tài)，排列無序，低熔點固體。作用主要為將分散的晶相粘結(jié)起來；降低燒結(jié)溫度與改善工藝性；抑制晶體長大以及提高陶瓷材料的致密程度。缺點：由于其組成不均勻，會使材料的物化性質(zhì)不均勻；玻璃相的機械強度比晶相低一些，熱穩(wěn)定性也差一些，在較低溫度下便開始軟化；玻璃相過多，陶瓷的熔點也降低。氣相是指陶瓷空隙中的氣體，也就是陶瓷組織內(nèi)部殘留下來的孔洞。 會降低陶瓷的強度。6. 歸

51、納單相、多相組織形貌特點。單相中球狀晶粒很少，等軸晶是晶粒完全填滿空間而同時保持最小的晶界總面積，除了等軸晶，還有片狀、柱狀、枝狀的。兩相合金的組織狀態(tài)與性能：是指組成合金的相（類型與性質(zhì)）、各相的相對量、相的形狀及分布特征等。兩相合金中第二相的分布與形狀兩個相各自成為等軸晶粒，這一般是在兩個相均是固溶體且數(shù)量較多的情況下產(chǎn)生的，這時兩者均勻地分布在一起，合金的機械性能是兩個相或兩種“組織”性能的加權(quán)平均值，合金總的性能通常是具有一定的強度、較好的塑性、韌性。另一方面，如果第二相是化合物，而且體積百分數(shù)較大，則會使合金顯示出極大的脆性，甚至無工業(yè)應(yīng)用價值。在更多情況下，較少數(shù)量的第二相以球狀、

52、點狀或短片狀等均勻地分布在固溶體的晶粒內(nèi)，這時盡管化合物的數(shù)量并不很多，但它將起強化基體相的作用，從而提高材料的機械強度。但與此同時，材料的塑性、韌性必將下降。第7章 固體材料的動力學(xué)過程：激活、擴散及相關(guān)的材料行為1. 動力學(xué)方法可在材料中處理哪幾方面的問題動力學(xué)過程的三原理是什么1）研究制備和處理材料的過程；2）合金性能表征的過程；3）使用材料的過程1）沿著能量降低的方向發(fā)生；2）遵循阻力最小的途徑進行；3）過程的結(jié)果是適者生存。2. 何為亞穩(wěn)態(tài)？舉例分析亞穩(wěn)態(tài)的性質(zhì)。亞穩(wěn)態(tài)：在熱力學(xué)上雖然不穩(wěn)定，但由于某種原因而能暫時或長期存在的狀態(tài)。要轉(zhuǎn)入穩(wěn)定的狀態(tài)，必須獲得必要的附加的能量來越過一定

53、的能壘。3. 寫出玻爾茲曼分布和阿倫尼烏斯定律的表達式？分析決定反應(yīng)速度的主要因素。 玻爾茲曼分布：材料中原子數(shù)N（具有大于q的能量）與NT（材料中原子總數(shù)）之比等于exp（-q/KT）。顯然溫度越高，N/NT越大；q越大，N/NT就越小。決定反應(yīng)速率的主要因素是任一時刻下能量具有等于和大于激活能Q的原子數(shù)目，這個數(shù)目是由材料的能量分布來決定的，遵循麥克斯韋玻爾茲曼定律。阿倫尼烏斯定律：，A表示與溫度無關(guān)的速度常數(shù)，R為氣體常數(shù)，V為反應(yīng)速率，Q是激活能。原子間的反應(yīng)速率取決于參與反映的原子中能量為Q或更高的原子數(shù)目。阿尼烏斯定律適用于任何熱激活的反應(yīng)，其速度取決于Q和T。4. 寫出Fick第

54、一定律與第二定律。說明如何進行一般的工業(yè)應(yīng)用。菲克第一定律： 即擴散通量J與該截面處的濃度梯度成正比。D為擴散能力，常稱擴散系數(shù)，負號表示擴散從高濃度向低濃度進行。菲克第一定律適用于在各區(qū)域濃度不隨時間而改變情況下所發(fā)生的擴散（稱穩(wěn)態(tài)擴散或穩(wěn)定擴散）菲克第二定律：，式中表示濃度隨時間的變化率。可見，非穩(wěn)態(tài)擴散條件下，濃度隨時間的變化正比于濃度梯度的變化，而不是濃度梯度本身。由此可推知，在開始擴散時，濃度梯度變化較大，故濃度隨時間變化較快，越到后來，這個變化就越慢，所以材料通過擴散達到均勻化，需要很長時間。工業(yè)應(yīng)用：將低碳鋼通過滲碳達到某種較高濃度水平，或?qū)в谐煞制龅蔫T件處理到某一相對比較均

55、勻的程度。5. 原子擴散的主要機制是什么各自的應(yīng)用范圍、激活能及擴散的快慢如何空位擴散機制是擴散原子跳入空位，同時有空位移動與之配合。實現(xiàn)空位機制的條件是擴散原子的近鄰應(yīng)當(dāng)有空位，同時空位周圍的原子還必須具有超過能壘的能量。這種擴散的激活能由原子跳動激活能和空位形成能兩部分組成。在體心立方金屬（自擴散）和合金置換固溶體（互擴散）中，空位機制擴散占主導(dǎo)地位。在許多面心立方、密排六方金屬或合金，以及離子化合物和氧化物中也常有這種擴散。間隙擴散：在間隙固溶體中，晶體結(jié)構(gòu)中存在小的間隙原子，這些溶質(zhì)原子尺寸較小而易動，該原子從一個間隙位置跳到另一個間隙位置的擴散即為間隙擴散。這一機制不需要空位，而且相

56、比之下溶劑原子的擴散可以忽略。激活能就是溶質(zhì)原子發(fā)生跳動時所需的額外能量，因而必然比空位機制要小。擴散速度 是間隙擴散大于空位擴散應(yīng)用范圍：C在-Fe或-Fe中就是這種機制。6. 擴散系數(shù)D與激活能Q及溫度T的關(guān)系如何？與阿倫尼烏斯定律有何關(guān)系，并舉二、三例說明擴散的工業(yè)應(yīng)用。溫度越高，D越大，即擴散速度越大激活能越大，擴散速度越慢。半導(dǎo)體的摻雜、鋼件表面滲碳7. 試分析離子晶體、共價晶體和聚合物中擴散的特點。離子晶體：1）不同于金屬和合金，原子可以運動并進入附近的任何點陣空位或間隙位置，離子材料的擴散離子只能進入具有同樣電荷的位置。2）與金屬相比，離子材料的擴散激活能高而擴散速率低，而且其擴散過程遠比金屬中復(fù)雜3）陽離子擴散系數(shù)比陰離子大。4）大多數(shù)離子晶體的擴散是按空位進行的，也有少部分是間隙擴散影響擴散的缺陷來自1）本征點缺陷2）摻雜點缺陷共價晶體：擴散和互擴散仍以空位機制為主特點：方向性的鍵合使共價晶體的擴散激活能高于熔點相近的金屬的激活能。應(yīng)用：半導(dǎo)體的摻雜是擴散在工業(yè)上的應(yīng)用。8. 說明相變的條件、生核方式及固態(tài)相變的一般特點。相變的結(jié)果產(chǎn)生了一個與