材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)第二版考試必備寶典

1、第1 章緒論1材料科學(xué)與工程的四個(gè)基本要素解：制備與加工、組成與結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用、材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用2 .金屬、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料的基本特性解：金屬材料的基本特性：a.金屬鍵；b.常溫下固體，熔點(diǎn)較高；c.金屬不透明，具 有光澤；d.純金屬范性大、展性、延性大； e.強(qiáng)度較高；f.導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性好；g.多數(shù) 金屬在空氣中易氧化。無(wú)機(jī)非金屬材料的基本性能：a.離子鍵、共價(jià)鍵及其混合鍵；b.硬而脆；c.熔點(diǎn) 高、耐高溫，抗氧化；d.導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性差；e.耐化學(xué)腐蝕性好；f.耐磨損；g.成型方 式：粉末制坯、燒結(jié)成型。高分子材料的基本特性：a.共價(jià)鍵，部分范德華鍵；b.分子量大，無(wú)明顯熔點(diǎn)，有

2、玻 璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和粘流溫度（Tf）； c.力學(xué)狀態(tài)有三態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流 態(tài)；d.質(zhì)量輕，比重??；e.絕緣性好；f.優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性；g.成型方法較多。第2 章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1. 在多電子的原子中，核外電子的排布應(yīng)遵循哪些原則？解：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特規(guī)則2 .電離能及其影響電離能的因素解：電離能：從孤立原子中，去除束縛最弱的電子所需外加的能量。影響因素：同一周期，核電荷增大，原子半徑減小，電離能增大；同一族，原子半徑增大，電離能減??；電子構(gòu)型的影響，惰性氣體；非金屬；過(guò)渡金屬；堿金屬；3 .混合鍵合實(shí)例解：石墨：同一層碳原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，層與層之間以范德華力結(jié)合

3、；高分子：同一條鏈原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，鏈與鏈之間以范德華力結(jié)合。4. 將離子鍵，共價(jià)鍵，金屬鍵按有無(wú)方向性進(jìn)行分類(lèi)，簡(jiǎn)單說(shuō)明理由有方向性：共價(jià)鍵無(wú)方向性：離子鍵，金屬鍵 金屬鍵： 正離子排列成有序晶格，每個(gè)原子盡可能同更多的原子相結(jié) 合， 形成低 能量的密堆結(jié)構(gòu)，正離子之間相對(duì)位置的改變不破壞電子與正離子間的結(jié)合力，無(wú)飽 和性又無(wú)方向性。 共價(jià)鍵：共用電子云最大重疊，有方向性 離子鍵：正負(fù)離子相間排列，構(gòu)成三維晶體結(jié)構(gòu)，無(wú)方向性和飽和性5. 簡(jiǎn)述離子鍵，共價(jià)鍵，金屬鍵的區(qū)別6. 為什么共價(jià)鍵材料密度通常要小于離子鍵或金屬鍵材料 金屬密度高的兩個(gè)原因：第一，金屬有較高的相對(duì)原子質(zhì)量第二，金屬鍵

4、沒(méi)有方向性，原子趨于密集排列o7. 影響原子 （離子） 間距的因素：（1）溫度升高 , 原子間距越大 , 熱膨脹性；（2）離子價(jià)負(fù)離子的半徑 > 其原子半徑 > 正離子的半徑（3）鍵能增強(qiáng)，原子距離縮短，鍵長(zhǎng)減少（ C-C 單, 雙, 叁鍵 ）；（4）相鄰原子的數(shù)目 （配位數(shù) ） 配位數(shù)增加，相鄰原子的電子斥力越大 , 原子間距增大。相鄰原子的數(shù)目越多，原子 間距（結(jié)合原子或離子有效半徑）越大。8. 原子的電子排布式 按照能級(jí)寫(xiě)出 N 、O、Si、Fe、Cu、Br 原子的電子排布。解： N:1s22s22p3 O:1s 22s22p4 Si:1s22s22p63s23p 2 Fe:

5、1s22s22p63s23p63d64s2 Cu:1s22s22p63s23p63d104s1 Br:1s22s22p63s23p63d104s24p59 比較金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復(fù)合材料在結(jié)合鍵上的差別。 解：金屬材料：簡(jiǎn)單金屬（指元素周期表上主族元素）的結(jié)合鍵完全為金屬鍵，過(guò) 渡族金屬的結(jié)合鍵為金屬鍵和共價(jià)鍵的混合，但以金屬鍵為主。 陶瓷材料：陶瓷材料是一種或多種金屬同一種非金屬（通常為氧）相結(jié)合的化合 物，其主要結(jié)合方式為離子鍵，也有一定成分的共價(jià)鍵。 高分子材料：高分子材料中，大分子內(nèi)的原子之間結(jié)合方式為共價(jià)鍵，而大分子與大分子之間的結(jié)合方式為分子鍵和氫鍵。復(fù)合材料：復(fù)合材

6、料是由二種或者二種以上的材料組合而成的物質(zhì)，因而其結(jié)合鍵非常復(fù)雜，不能一概而論。10 比較鍵能大小，簡(jiǎn)述各種結(jié)合鍵的主要特點(diǎn)，簡(jiǎn)述結(jié)合鍵類(lèi)型及鍵能大小 對(duì)材料的熔點(diǎn)、密度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、彈性模量和塑性有何影響。解：鍵能大?。夯瘜W(xué)鍵能 > 物理鍵能 共價(jià)鍵 > 離子鍵 > 金屬鍵 > 氫鍵 > 范德華力 共價(jià)鍵中： 叁鍵鍵能 > 雙鍵鍵能 > 單鍵鍵能 結(jié)合鍵的主要特點(diǎn)： 金屬鍵， 金屬正離子和自由電子，靠庫(kù)侖引力結(jié)合，電子的共有化，無(wú)飽和性，無(wú)方向性； 離子鍵以離子為結(jié)合單元，無(wú)飽和性，無(wú)方向性；共價(jià)鍵共用電子對(duì)，有飽和性和方向性； 范德華力，原子或

7、分子間偶極作用，無(wú)方向性，無(wú)飽和性；氫鍵，分子間作用力，氫橋，有方向性和飽和性。 結(jié)合鍵類(lèi)型及鍵能大小對(duì)材料的熔點(diǎn)、密度 、彈性模量和塑性的影響： 結(jié)合鍵的鍵能大小決定材料的熔點(diǎn)高低，其中純共價(jià)鍵 的金剛石有最高的熔點(diǎn)，金屬的熔點(diǎn)相對(duì)較低，這是陶瓷材料比金屬具有更高熱穩(wěn)定 性的根本原因。金屬中過(guò)渡金屬具有較高的熔點(diǎn)，這可能是由于這些金屬的內(nèi)殼層電 子沒(méi)有充滿，是結(jié)合鍵中有一定比例的共價(jià)鍵。具有二次鍵結(jié)合的材料如聚合物等， 熔點(diǎn)偏低。密度與結(jié)合鍵類(lèi)型有關(guān)，金屬密度最高，陶瓷材料次之，高分子材料密度最低。金屬的高密度有兩個(gè)原因：一個(gè)是由于金屬原子有較高的相對(duì)原子質(zhì)量，另 一個(gè)原因是因?yàn)榻饘冁I的結(jié)合

8、方式?jīng)]有方向性，所以金屬原子中趨向 于密集排列，金屬經(jīng)常得到簡(jiǎn)單的原子密排結(jié)構(gòu)。離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)的情況，原 子排列不可能非常致密，所以陶瓷材料的密度比較低。高分子中由于是通過(guò)二次鍵結(jié) 合，分子之間堆垛不緊密，加上組成的原子質(zhì)量比較小，所以其密度最低。彈性模 量是表征材料在發(fā)生彈性變形時(shí)所需要施加力的大小。結(jié)合鍵的鍵能是影響彈性模量 的主要因素，鍵能越大，則彈性模量越大。陶瓷 250600GPa ，金屬 70350GPa ，高 分子0.73.5GPa。塑性是一種在某種給定載荷下，材料產(chǎn)生永久變形的材料特性。 材料的塑性也與結(jié)合鍵類(lèi)型有關(guān)，金屬鍵結(jié)合的材料具有良好的塑性，而離子鍵、共 價(jià)鍵的材

9、料的塑性變形困難，所以陶瓷材料的塑性很差，高分子材料具有一定的塑 性。11. 晶體的共同性質(zhì)1）確定的熔點(diǎn) 溫度升高到某一值，排列方式解體，原子 成無(wú)規(guī)則堆積，呈現(xiàn)液體；2）自發(fā)形成規(guī)則多面體外形的能力；3）穩(wěn)定性 （能量最低狀態(tài)）；4）各向異性 （ 不同方向 , 物理性能不同）；5）均勻性 （ 一塊晶體各部分的宏觀性質(zhì)相同 ）12. 名詞解釋 ：致密度：晶胞中原子體積的總和與晶胞體積之比。13 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，并舉例說(shuō)明 。解：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：改變溫度或壓力等條件下，固體從一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成另一種晶體結(jié)構(gòu)。例：鐵在不同溫度下晶體結(jié)構(gòu)不同， < 906 C體心立方結(jié)構(gòu)，a- Fe 906 1

10、401 C面心立方結(jié)構(gòu)， 丫 Fe 1401 C熔點(diǎn)（1540 C）體心立方結(jié)構(gòu)， 8- Fe 高壓 下（150kPa）密排六方結(jié)構(gòu)， Fe14 按鍵合類(lèi)型，晶體分哪幾類(lèi)？各自的鍵合類(lèi)型和主要特點(diǎn)如何？解：按鍵合類(lèi)型，晶體分為：金屬晶體、離子晶體、共價(jià)晶體和分子晶體。 金屬晶體：金屬鍵結(jié)合；失去外層電子的金屬離子與自由電子的吸引；無(wú)方向性和飽和 性；低能量密堆結(jié)構(gòu)。（大多數(shù)金屬晶體具有面心立方，體心立方和密排六方結(jié)構(gòu)， 金屬晶體的原子排列比較緊密，其中面心立方和密排六方結(jié)構(gòu)的配位數(shù)和致密度最高。） 離子晶體：離子鍵結(jié)合，無(wú)方向性和飽和性；正離子周?chē)湮欢鄠€(gè)負(fù)離子，離子的堆積 受鄰近質(zhì)點(diǎn)異號(hào)電荷

11、及化學(xué)量比限制；堆積形式?jīng)Q定于正負(fù)離子的電荷數(shù) 和正負(fù)相對(duì)大小。（硬度高、強(qiáng)度大、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高、熱膨脹系數(shù)小、脆性大、絕緣 高等特點(diǎn)。） 共價(jià)晶體：共價(jià)鍵結(jié)合，具有方向性和飽和性；配位數(shù)和方向受限 制，晶體的配位數(shù)為 （ 8-N）。 N 表示原子最外層的電子數(shù)。（強(qiáng)度高、硬度高、脆 性大、熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)高、揮發(fā)性低、導(dǎo)電能力較差和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)。配位數(shù)比金屬 晶體和離子晶體低） 分子晶體：范德華鍵合氫鍵結(jié)合；組元為分子，僅有范德華鍵時(shí)，無(wú)方向性和飽和性，趨于密堆，分子對(duì)稱(chēng)性較低以及極性分子永久偶極相互作用，限制了堆砌方式；有氫鍵時(shí)，有方向性和飽和性。15.2-1516書(shū)中各例題17.歸納總結(jié)3種

12、典型金屬結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)類(lèi)型體心立方bee面心立方fee密排六方hep點(diǎn)陣類(lèi)型體心立方面心立方簡(jiǎn)單六面點(diǎn)陣常數(shù)aaa， e，e/a =1 . 633最近原子間距d= (v3/2 ) ad=(辺/2) ad= g2/3+c2/4=a晶胞中原子數(shù)246配位數(shù)81212致密度0.680.740.7418. 已知916 C時(shí)，Y-Fe (面心立方)的點(diǎn)陣常數(shù)為 0.365 nm ，分別求(100 ) , (111 ) , (112 )的晶面間距。屬于立方晶系d=a/2+k2+l2 ,面心立方j(luò)、k、丨不全為奇數(shù)或不全為偶數(shù)時(shí)d=a/2 h2+k2+l2(100 )面，d=a/2 寸i2+k

13、2+l22=0.1825nm(111 )面，d=a/ vh2+k2+l2=0.2107nm(112 )面，d=a/2 / +k +l =0.4470nm19. 2-39 在溫度為912 C,鐵從bcc轉(zhuǎn)到fee。此溫度時(shí)鐵的兩種結(jié)構(gòu)的原 子半徑分別為0.126nm 和0.129nm ， (1 )求其變化時(shí)的體積變化 V/O。從 室溫加熱到鐵1000 C,鐵的體積變化？解：(1) bee N 1=2fee N 2=4p1=(N 1/Na)M Fe/a' 1， p2=(N 2/Na)M Fe/a2- p1/ p= N 12/ N 21 =0.986VO = (V1 - V2)/V1=1 -

14、 V2/ V1Vo =1 - 0.986=0.014其變化時(shí)的體積變化為 0.014。(2) 912 C時(shí)，由bee轉(zhuǎn)變?yōu)閒ee，體積減??；912 C-1000 C，受熱膨脹，體積增大計(jì)算面心立方、體心立方和密排六方晶胞的致密度jI解：面心立方：N = x8 +2x6 = 4, d = Vci 8 - -4 x-tt(a)3APF =074w體心立方：N=l + -x8 = 2, d =一a3 2 x 4?r( % a)3APF= 5 /= 0,68密排六方:C 2 =6(7j dG =:十N=12x； + 2x：+3 = 6Cl J34oZ1 3c3 3gZ 2 Ex氛與7V = x o 斗

15、冥6匸=今-=6a = 3 2a, APF =才亍亍=亍兀=0.742 2233 2a36二面心立方的致密度為0.74，體心立方的致密度為0.68,密排六方的致密度為0.74.20. 計(jì)算(a)面心立方金屬的原子致密度；(b)面心立方化合物NaCI的離 子致密度(離子 半徑r(Na+)=0.097,r(CI-)=0.181) ; (c)由計(jì)算結(jié)果，可 以引出什么結(jié)論?解：仝 “74:面心立方金屬的原子致密度為0, 74o(b) N(N韻二3水4*1/4+1 二4N(C門(mén)二6*1/2+2*4*1/8二4a=2r(Na>2rCr)=0.556致密度=4X-7T(0.0973 +0.1813)

16、30.5563=0.67(c )結(jié)論：原子大小相同時(shí)，致密度與原子的大小無(wú)關(guān)；當(dāng)有不同種類(lèi)的原子出現(xiàn) 時(shí)，其原子的相對(duì)大小必然影響致密度。22 有序合金的原子排列有何特點(diǎn)？這種排列和結(jié)合鍵有什么關(guān)系?解：特點(diǎn)：各組元質(zhì)點(diǎn)分別按照各自的布拉菲點(diǎn)陣排列，稱(chēng)為分點(diǎn)陣，整個(gè)固溶體由 各組元的分點(diǎn)陣組成的復(fù)雜點(diǎn)陣，稱(chēng)為超點(diǎn)陣或超結(jié)構(gòu)。23 2-5724. 如何根據(jù)固溶體密度判斷固溶體類(lèi)型Pc< Pe間隙式固溶體Pc= Pe置換式固溶體p< p缺位式固溶體25. 舉例說(shuō)明非化學(xué)計(jì)量化合物判斷其正負(fù)離子空缺情況組分偏移化學(xué)式的化合物即為非化學(xué)計(jì)量化合物如FeO中Fe2+氧化成Fe3+則形成陽(yáng)離子

17、空位26. 書(shū)上各例題27. 鋁為面心立方晶體，摩爾質(zhì)量為 26.97原子半徑為0.143nm，求鋁的密 度？Pc二N*M/Na*V28 .晶體缺陷的分類(lèi)。肖脫基缺陷（Schottky Defect） 弗侖克爾缺陷（Fre nkel Defect）:點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性質(zhì)的影響解：肖脫基缺陷：有空位，無(wú)間隙原子，原子逃逸到晶體外表面或內(nèi)界面（晶界）。弗侖克爾缺陷：同時(shí)形成等量的空位和間隙原子，空位和間隙原子對(duì)其數(shù)量遠(yuǎn)少于肖 脫基（空位）缺陷。點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性質(zhì)的影響：點(diǎn)缺陷存在和空位運(yùn)動(dòng)，造成小區(qū)域的晶格畸變。1 ）使材料電阻增加定向流動(dòng)的電子在點(diǎn)缺陷處受到非平衡力，使電子在傳導(dǎo)中的散射增加；2）加快

18、原子的擴(kuò)散遷移空位的遷移伴隨原子的反向運(yùn)動(dòng)；3）使材料體積增加，密度下降4）比熱容增大附加空位生成焓 5 ）改變材料力學(xué)性能間隙原子和異類(lèi) 原子的存在，增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，使強(qiáng)度提高，塑性下降。29 .柏氏矢量的物理意義。解：表示晶體形成位錯(cuò)的滑移方向和大小。30. 體積（晶格）擴(kuò)散的微觀機(jī)制類(lèi)型解：體積擴(kuò)散是金屬原子從一個(gè)平衡位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)平衡位置。包括3種微觀擴(kuò)散機(jī)制：空位機(jī)制，其中一個(gè)原子與相鄰空位交換位置。間隙機(jī)制，自間隙原子將一個(gè)相鄰原子調(diào)換到間隙位置上。直接交換機(jī)制，相鄰原子成對(duì)的互相交換位置31. 比較下列各因素對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響，并簡(jiǎn)要說(shuō)明原因。1 溫度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響2 金屬鍵

19、晶體的擴(kuò)散系數(shù)與共價(jià)鍵晶體或離子鍵晶體的擴(kuò)散系數(shù)3 體積擴(kuò)散系數(shù)（晶格或點(diǎn)陣）與短路擴(kuò)散系數(shù)（沿位錯(cuò)、晶界、表面）4 間隙固溶體的擴(kuò)散系數(shù)與置換型固溶體的擴(kuò)散系數(shù)。5 鐵的自擴(kuò)散系數(shù)a（Fe ）與Y Fe ）解：1.溫度越高，擴(kuò)散系數(shù)越大；間隙機(jī)制和空位機(jī)制都遵循熱激活規(guī)律，溫度提高，超過(guò)能壘幾率越大，同時(shí)晶體的平衡空位濃度也越高，擴(kuò)散系數(shù)提高。2.原子的遷移要擠開(kāi)通路上的原子，引起局部點(diǎn)陣畸變，部分破壞原子結(jié)合鍵才能通過(guò)。鍵能越強(qiáng)，原子間的結(jié)合鍵力越強(qiáng)，激活能越大，擴(kuò)散系數(shù)越小。共價(jià)鍵晶體和離子鍵晶體的擴(kuò)散系數(shù) < 金屬鍵晶體的擴(kuò)散系數(shù)。3晶體結(jié)構(gòu)反映了原子在空間的排列情況，原子排列越

20、緊密，原子間的結(jié)合力越 強(qiáng)，擴(kuò)散激活能越高，而擴(kuò)散系數(shù)越??；處于晶體表面、晶界和位錯(cuò)處的原子位能 總高于正常晶格上的原子，他們擴(kuò)散所需的活化能也較小，相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)較大。D表面D晶界D沿位錯(cuò)D晶內(nèi)4間隙型固溶體比置換型固溶體容易擴(kuò)散。因?yàn)殚g隙擴(kuò)散機(jī)制的擴(kuò)散激活能小于置換 型擴(kuò)散。間隙型固溶體中間隙原子已位于間隙，而置換型固溶體中溶質(zhì)原子通過(guò)空位 機(jī)制擴(kuò)散時(shí)，需要首先形成空位，因而激活能高。5. a(Fe )屬于體心結(jié)構(gòu)，Y Fe )屬于面心結(jié)構(gòu)，面心結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣比體心結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣緊密，鐵 在面心立方點(diǎn)陣中的自擴(kuò)散系數(shù) D T-Fe與在體心立方點(diǎn)陣的 D a-(Fe)相比，在912 °C 時(shí)，

21、D a-(Fe)280D 丫-Fe32. 書(shū)上例題33. 無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)34 2-6635 結(jié)構(gòu)弛豫，非晶態(tài)的晶化和熔體結(jié)晶有何異同？解：結(jié)構(gòu)馳豫剛制備的不穩(wěn)定態(tài)非晶材料，常溫或加熱保溫退火，許多性質(zhì)將隨 時(shí)間發(fā)生變化，達(dá)到另一種亞穩(wěn)態(tài)。非晶態(tài)的晶化與熔體冷凝結(jié)晶的異同點(diǎn)：都是由亞穩(wěn)態(tài)向晶態(tài)的相變，受成核和晶體生長(zhǎng)控制。非晶態(tài)晶化：T v Tg，相變驅(qū)動(dòng)力大，成核功小，利于成核和晶體生長(zhǎng)；粘度大，固相內(nèi)擴(kuò)散，擴(kuò)散慢，不利于成核和晶體生長(zhǎng)，更有利于保持非晶狀態(tài)。熔體冷凝結(jié)晶：Tg v Tv Tm，液體內(nèi)的擴(kuò)散500|-400*36 .分別求 W(Sn)=61.9% 和 W(Sn)=50%

22、 時(shí)，在183 C轉(zhuǎn)變時(shí)，各相的 相對(duì)含量？解： W(Sn)=50% wa= ( 61.9 - 50) / (61.9- 19) X100%=27.74% ，w 3=1 -w a =72.26%固體表面結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)？解：固體表面結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是存在著不飽和鍵和范德華力。晶體不同晶面的表面能數(shù)值不同，密排面的表面能最低，故晶體力圖以密排面作為晶體的外表面；37. 分析討論影響材料表面能的因素？解：表面能是增加單位面積的表面，需要做的功擴(kuò)張表面時(shí)。要克服原有原子、分子或離子之間的相互作用。作用力弱，做功小，表面能低。1 ）鍵性：表面能反映質(zhì)點(diǎn)間的引力作用，強(qiáng)鍵力的金屬和無(wú)機(jī)材料表面能較高。低表面

23、能物質(zhì)：水 0.059，石蠟 0.03， PE 0.035, PTFE 0.023，PA66 0.0472）溫度：溫度升高，表面能一般減小。熱運(yùn)動(dòng)削弱了質(zhì)點(diǎn)間的吸引力。3）雜質(zhì)：含少量表面能較小的組分，可富集于表面，顯著降低表面能；含少量表面能較大的組分，傾向于體內(nèi)富集，對(duì)表面能影響小38. 三種潤(rùn)濕的數(shù)學(xué)表達(dá)式？解：沾濕：WA = AG =汽+ Yg 浮 潤(rùn)濕：Wi= AG = Yg - YL 鋪展：S = AG = ysg - Y-g - YL三種潤(rùn)濕的共同點(diǎn)：液體將氣體從固體表面排開(kāi)，使原有的固/氣（或液/氣）界面消失，被固/液界面取代三種潤(rùn)濕的規(guī)律：沾濕粘附功 Wa = A+ YgWa

24、 = 怦+ Y-g 浮浸濕 Wi = A = y；g - ysL鋪展 S = A Y-gYg越大，浮越小，粘附張力A越大，越有利于各種潤(rùn)濕；沾濕：Y-g大，有利沾濕；浸濕：Y-g，無(wú)影響；鋪展：Y-g小，有利鋪展。改變潤(rùn)濕性主要取決于 ysg, Y-g, Y-的相對(duì)大小，改變Ysg較難，實(shí)際上更多的是考慮改變Yg和YL。39. 潤(rùn)濕的本質(zhì)是解：潤(rùn)濕的本質(zhì)是異相接觸后體系的表面能下降。2-2340. 硅烷偶聯(lián)劑？硅烷偶聯(lián)劑是一類(lèi)在分子中同時(shí)含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)的有機(jī)硅化合物，其經(jīng)典產(chǎn)物 可用通式Y(jié)SiX3表示。式中，Y為非水解基團(tuán)，包括鏈烯基（主要為乙烯基），以及末端 帶有Cl、NH2、SH

25、、環(huán)氧、N3、（甲基）丙烯酰氧基、異氰酸酯基等官能團(tuán)的烴基，即碳 官能基；X為可水解基團(tuán)，包括 CI,OMe, OEt, OC 2H4OCH3, OSiMe 3,及OAc等。由于這 一特殊結(jié)構(gòu)，在其分子中同時(shí)具有能和無(wú)機(jī)質(zhì)材料（如玻璃、硅砂、金屬等）化學(xué)結(jié)合的 反應(yīng)基團(tuán)及與有機(jī)質(zhì)材料（合成樹(shù)脂等）化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)，可以用于表面處理第三章思考題1 高分子材料組成和結(jié)構(gòu)的基本特征解：平均分子量大和存在分子量分布；高分子鏈具有多種形態(tài)；分子鏈間以范氏力為主，部分化學(xué)鍵；分子內(nèi)為共價(jià)鍵；組成與結(jié)構(gòu)的多層次性2 比較分子鏈的近程結(jié)構(gòu)對(duì)高分子鏈柔順性的影響解：主鏈結(jié)構(gòu)。極性小的碳鏈高分子，分子內(nèi)相互作用

26、不大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘小，柔性較大。 主鏈中含非共軛雙鍵，相鄰單鍵的非鍵合原子（帶 *原子）間距增大 ,使最鄰接 雙鍵的單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)較容易，柔順性好。主鏈中含共軛雙鍵，因電子云重疊，沒(méi)有軸 對(duì)稱(chēng)性，川電子云在最大程度交疊時(shí)能量最低，而內(nèi)旋轉(zhuǎn)會(huì)使 川鍵的電子云變形和破 裂，不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，剛性鏈分子。主鏈含不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)的芳環(huán)、芳雜環(huán)時(shí)，可提高分子鏈 的剛性。 取代基。側(cè)基極性越大，極性基團(tuán)數(shù)目越多，相互作用越強(qiáng)，單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)越困難， 分子鏈柔順性越差。 氫鍵和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的影響。高分子的分子內(nèi)或分子間形成氫鍵，氫鍵影響比極性更顯 著，增加分子鏈的剛性。3. 相容劑及其增容作用 添加相容劑是改善高分子分散相與基體之

27、間相容性，穩(wěn)定熔融分散混合效果的 有效方法。相容劑通常為兩相高分子的共聚物。 相容劑共聚物的鏈段會(huì)與共混體系中相應(yīng)的均聚物部分相互作用，從而降低表 面張力，增強(qiáng)分散相與基體的粘附。這一過(guò)程稱(chēng)為 “增容作用 ”4. 內(nèi)聚能密度對(duì)高聚物結(jié)構(gòu)和性能的影響內(nèi)聚能密度 : 單位體積的內(nèi)聚能（ CED）CED < 290 （J/cm 3）,分子間力小，分子鏈柔順，非極性高聚物，用作橡膠；CED = 290400 （J/cm 3 ）分子間力適中，分子鏈剛性大，用作塑料；CED > 400 （J/cm 3） ，多含強(qiáng)極性基團(tuán)和氫鍵，分子間作用力大，有較高結(jié) 晶性和強(qiáng)度，用作纖維。5. 聚合物制備方

28、法，主要結(jié)構(gòu)類(lèi)型加成聚合和縮聚主要結(jié)構(gòu)：無(wú)規(guī) ABBAABAB交替 ABABAB嵌段 AAAAAAAABBBBBBB接枝 AAAAAAAAAAAARa ndom n < 102Alter nat ingBlock 均聚鏈段n = 10 23Graft主鏈和支鏈6. 與小分子相比，高分子有何特點(diǎn) 平均分子量大和存在分子量分布 高分子鏈具有多種形態(tài) 組成與結(jié)構(gòu)的多層次性7. 高分子按結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成可分為碳鏈高分子，雜鏈高分子，元素有機(jī)高 分子，無(wú)機(jī)高分子，8. 聚乙烯可分為低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，線性低密度聚乙烯，超高分子 質(zhì)量聚乙烯，改性聚乙烯9. 與低分子晶體比較，聚合物晶體的特

29、點(diǎn)。解：特點(diǎn)：鏈段排入晶胞，分子鏈軸常與一根結(jié)晶主軸平行；半晶結(jié)構(gòu)(結(jié)晶不 完全)；熔程范圍較寬，結(jié)晶速度慢；晶體形態(tài)多樣。10.名詞解釋?zhuān)簾崴苄跃酆衔铮褐妇哂屑訜岷筌浕?、冷卻時(shí)固化、可再度軟化等特性 的塑料熱固性聚合物：一般先形成預(yù)聚物，成型時(shí)，經(jīng)加熱使其中潛在的官能團(tuán)繼續(xù)反應(yīng)成 交聯(lián)結(jié)構(gòu)而固化。這種轉(zhuǎn)變時(shí)不可逆的，只能成型一次，再加熱時(shí)不能熔融塑化，也 不溶于溶劑，一般是體型聚合物，如酚醛樹(shù)脂、硫化橡膠等。鐵碳合金1. 高溫萊氏體：奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物稱(chēng)高溫萊氏體2. 鐵素體F (Ferrite) : C溶于a-Fe中的間隙固溶體，bcc，(室溫)0.006乞C%乞0.0218%

30、 ( 727C)，硬度和強(qiáng)度低，塑性韌性好。3. 奧氏體A (Austenite)C溶于Fe中的間隙固溶體，fcc， (727 C) 0.77%< C% < 2.11% (1148C),塑性和可鍛性好，無(wú)磁性。滲碳體Fe3C (cementite)鐵和碳的間隙化合物，熔點(diǎn)高1600 C。C含量 6.67% ;正交晶系，塑性差，脆性大。4. 珠光體P （Pearlite）鐵素體和滲碳體的共析混合物；5. 馬氏體Marte nsite 鋼和鐵從高溫奧氏體急冷（淬火強(qiáng)化），化學(xué)成分不 變，晶格重構(gòu),fee變?yōu)閎cc,碳在:-Fe中的過(guò)飽和固溶體。硬度和強(qiáng)度很7黃銅：黃銅是由銅和鋅所組成的

31、合金8.青銅：純銅（紅銅）中加入 錫或鉛的合金2. 根據(jù)鐵碳相圖，說(shuō)明各點(diǎn)（A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、N、P、S和Q）的含義-flJI_ L 一 1 I 12.03.S111 3.5 4.04.5 5.U 5.S6.0 «r67I l :7B67解:點(diǎn)的符號(hào)溫度碳含量/魅說(shuō)明A15350純鐵的熔點(diǎn)B14850.50包晶反應(yīng)時(shí)液態(tài)合金的濃度C1130430共晶點(diǎn) Lp-016006.67滲碳體熔點(diǎn)E11302,11碳在¥ Fe中的最大沼解度F11306.67摻碳體G9100a -Fe-y Fe同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)H14850.10碳在® Fe中的最大裕解度J

32、14850.16包晶點(diǎn)La+6 »：->血K7236,67滲碳體N13900V Fe6 -Fe同翥異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)P7230.02戰(zhàn)在口 -Fe中的最大沿解度S723030共析點(diǎn)甩慶+FwCQ00.006碳在a -Fe中的溶解度3碳對(duì)鐵碳合金機(jī)械性能有何影響鐵素體軟而韌，鐵碳合金的塑性主要由鐵素體提供；滲碳體硬而脆。鐵素體和滲碳體形成片狀珠光體，使鐵碳合金的強(qiáng)度和硬度提高。合金中珠光體的數(shù)量越多，合金的強(qiáng)度和硬度越高。w(C) = 0.77 %，全部為珠光體，合金強(qiáng)度和硬度較高，兼有塑性和韌性。合金組織中出現(xiàn)以滲碳體為基體的萊氏體時(shí)，鐵碳合金的塑性和韌性大大降 低，強(qiáng)度也降低。白口鑄

33、鐵脆性很大，使用價(jià)值不大。w(C) >1.0 % ,沿珠光體邊界形成網(wǎng)狀Fe3C n，降低了晶界的斷裂強(qiáng)度，使合金 脆性大大增加。碳鋼，一般要求w(C) <1.0 %4. 鋼和鑄鐵在成分組織性能上的主要區(qū)別是什么鋼：碳含量< 2.11% (重量)的鐵-碳合金。碳鋼和合金鋼1 碳鋼1)按碳含量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))分類(lèi)：低碳鋼C <0.25 %中碳鋼 0.25 % < C < 0.6 %45號(hào)鋼的概念高碳鋼C > 0.6 %含碳量越高，碳鋼硬度和強(qiáng)度越大，但塑（韌 ）性降低。2 ） 按鋼中雜質(zhì)的質(zhì)量含量分類(lèi)（雜質(zhì)硫、磷含量）：普通碳素鋼S 0.055 %, P

34、<0.045 %優(yōu)質(zhì)碳素鋼S <0.040 %, P 0.040 %高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼 S <0.030 %, P <0.035 %3）按用途分類(lèi)： 碳素結(jié)構(gòu)鋼：橋梁、船舶、建筑構(gòu)件、機(jī)器零件等。 碳素工具鋼：刀具、模具、量具等。合金鋼 : 碳鋼中加入一種或多種合金元素,形成的鋼。1）按含合金元素的總含量分類(lèi)：低合金鋼（合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)<5 %）中合金鋼（合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)=5 %10 %）高合金鋼（合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)> 10 %）。2）按主要合金元素種類(lèi)分：鉻鋼 不銹鋼 鉻鎳鋼 錳鋼 硅錳鋼等。鑄鐵含碳量 > 2.11 %的鐵 -碳合金。0.20% ,

35、鑄鐵成分范圍： C:2.54.0%, Si:1.0 3.0%, Mn:0.5 1.4%, S:0.02 P:0.01 0.50% 。為改善性能,也加入 Cr、Mo 、 V、Cu、Al 等； 與鋼相比,鑄鐵含碳和硅量較大,含雜質(zhì)元素較多。 鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜。 廣泛用在機(jī)械制造、冶金、礦上、石油化工、 交通等領(lǐng)域。 按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算,鑄鐵件在農(nóng)業(yè)機(jī)械中占 40 60 %； 汽車(chē)拖拉機(jī)中占 50 70%； 機(jī)床制造中占 60 90%。灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵等。鑄鐵中,碳可以石墨 G 形式存在,與鐵構(gòu)成 Fe G 平衡狀態(tài)5。Fe-Fe 3C 相圖1600AH1538C

36、卜495£140012004002D0Q600 77O. pZ600l一Ft-feiC 相囹 FG相圖的居里溫度(L+G)1 394 C£(111) 1 14S-C ca. 30)A912(0.68 >'£t(2.08) 1154'c/1000A + Fe?C(A + G)1227 °CL + Fe3C3 5(0.77)727 *CF + FC (F + C)230 *CQ 1i1111111411173S 'C6.分析 w(C) = 0.77 %、w(C) = 1.2 %、w(C) = 4.3 %、w(C) = 4.5 %

37、的鐵碳合 金從液態(tài)平衡冷卻到室溫的轉(zhuǎn)變過(guò)程，用組織示意圖說(shuō)明各階段的組織變化。解：®w(C) =0.77%w(C) = 1.2%時(shí)何時(shí)伺一 w(C)= 4.3%共晶白口勞鐵平街結(jié)晶過(guò)程示意圖弱(0=4.3%6. 計(jì)算w（C） = 0.77% 和w（C） = 0.40%的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻到室溫下的組織成物和相組織物含量.解；冰）=0.77%就體中轉(zhuǎn)體刑勰體的朋毀量可由曲定砒鼬皿)=躺哦風(fēng)w (FC) =1-88.7»=11.3«Loj?舒 L+y 丄 w匚)=040%v 趾f_石針%桿仙刪+曲伽琢）6 69 - Q. 40 _ _o<v6.69-0-02

38、1 8"w (FeC) =1 -94J% = 5.7%8 .鐵碳合金中碳的存在形式。灰鑄鐵，白口鑄鐵，麻口鑄鐵的碳的存在形式有 何不同。解：鐵碳合金中，碳的存在形式：與鐵間隙固溶；溶入鐵的晶格，形成間隙固溶體。化合態(tài)的滲碳體；亞穩(wěn)態(tài)，在一定條件下分解為鐵和石墨 ；游離態(tài)的石墨 G : 穩(wěn)定態(tài)，可從鑄鐵熔液中析出，也可從奧氏體中析出。白口鑄鐵（碳以滲碳體形式存在，斷口為白亮色） 灰口鑄鐵（碳以游離石墨形式存在，斷口為暗灰色）麻口鑄鐵（同時(shí)含有石墨和滲碳體，斷口灰白相間）9 .灰鑄鐵的組織特點(diǎn)，影響灰鑄鐵性能的因素。解：灰口鑄鐵：基體組織和石墨兩部分組成 基體（鐵素體、鐵素體-珠光體、珠

39、光 體）+石墨 影響因素：石墨對(duì)鑄鐵機(jī)械性能的影響石墨：松軟而脆弱的固態(tài)物質(zhì)，抗拉強(qiáng)度20MPa，延伸率趨近于零；石墨存在基體中，尤如一種裂紋或孔洞，分割削弱基體，破壞基體組織連續(xù)性；還會(huì) 引起應(yīng)力在該處集中，構(gòu)成裂紋源。因而，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都比鋼鐵低 得多?；w相同的情況下，石墨形狀由片狀（普通灰鑄鐵）變?yōu)榧?xì)片狀（孕育灰鑄鐵）和球狀（球墨鑄鐵）時(shí)，其對(duì)基體的削弱作用以及應(yīng)力集中的程度將依次減弱，表現(xiàn)出 抗拉強(qiáng)度依次升高?；w對(duì)鑄鐵機(jī)械性能的影響基體中鐵素體的數(shù)量增多，塑性、韌性提高；珠光體數(shù)量增加，塑性、韌性降低，但強(qiáng)度、硬度有所增高。10. 灰口鑄鐵的組織按其基體的不同，可分為

40、哪三種?；铱阼T鐵的組織可看成 是；灰口鑄鐵的組織可解：鐵素體灰口鑄鐵、鐵素體 - 珠光體灰口鑄鐵、珠光體灰口鑄鐵 看成是鋼加上片狀石墨11. 灰口鑄鐵和球墨鑄鐵在組織和性能上有何區(qū)別。 解：灰口鑄鐵的組織特點(diǎn)是在基體上分布著片狀石墨。 球墨鑄鐵的組織特點(diǎn)是基體加 球狀石墨 性能：球化越完整，球狀石墨尺寸越細(xì)小，可減少應(yīng)力集中，力學(xué)性能越優(yōu) 越；疲勞強(qiáng)度與中碳鋼相似，耐磨性好，制造重要和形狀復(fù)雜機(jī)械零件，如曲軸、連 桿、渦輪、齒輪、水壓機(jī)缸套等。11.P184 3.1 3.5 3.7無(wú)機(jī)非金屬材料1 硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)和類(lèi)型。解：硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)中Si4+間沒(méi)有直接的鍵，而是通過(guò) O2-連結(jié)；（2）以硅氧四面體為結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；（3）每一個(gè) O2只能連接 2 個(gè)硅氧四面體；（4）硅氧四面體間只能共頂連接，不能共面連接。 硅酸鹽晶體的主要結(jié)構(gòu)類(lèi)型：島狀結(jié)構(gòu)；組群狀（環(huán)狀）結(jié)構(gòu)；鏈狀結(jié)構(gòu)；層狀結(jié) 構(gòu)；架狀結(jié)構(gòu)。2