张联盟材料科学基础(第2版)知识点总结笔记课后答案Word文档格式.docx

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②新型无机非金属材料

新型无机非金属材料是指用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料，主要包括先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。

3.有机高分子材料（聚合物）

（1）高聚物的定义

高聚物是指由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。

（2）高聚物的分类

①按材料的来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。

②按性能和用途分为橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。

4.复合材料

复合材料的分类

（1）按基体材料分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥、混凝土基复合材料、塑料基复合材料、橡胶基复合材料等。

（2）按增强剂形状分为粒子、纤维及层状复合材料。

二、材料组成、结构、性质、工艺及其与环境的关系1．材料的结构层次

（1）原子及电子结构；

（2）原子的空间排列；

（3）组织结构或相结构。

2.工程材料常见性质与性能

材料性质（性能）包括热学、力学、光学、电学、磁学性质（性能）以及化学性质（性能）。

3.材料的加工工艺

为了满足使用要求，材料必须进行适当的加工。

加工制备过程对性能的影响，是通过对结构的改变实现的，典型的工程材料加工工艺如表1-1-1所示。

表1-1-1常见的材料加工工艺

加工方式 加工工艺

铸造：

砂型、压铸、永久铸型、熔模铸造、连续铸造



将液态金属浇入或注入固体模具中得到所要求的形状

成型：

锻造、拉丝、深冲、弯曲 一般在热状态下用高压力将尉体金属变形成为所需的形状

金属材料

连接：

气焊、接触焊、钎焊、氩弧焊、锡焊、扩散焊

采用液态金属、变形或高压、高温将几块金属连接在一起

机械加工：

车、钻、磨、切割 用切削加工去掉多余金属，获得成品件

粉末冶金

先施加压力将金属粉末压制成需要的形状，然后进行高温加热，使微粒连接成整体

陶瓷材料

浇注：

包括上釉 将液体+固体的陶瓷泥浆浇注成所需的形状

将固体陶瓷粉料或液体+固体牯性陶瓷泥料压制成有用的

压制：

挤压、压制、等静压成形

形状

烧结 将压制可成的固体进行高温加热，使之粘连成块

模制：

注模法，转移模塑法 将热的甚至液态的聚合物压入模具中，使其具有所需形状

聚合物

成形：

旋压、挤压、真空成形

将受热的聚台物强迫通过模孔或包裹在模胎上，以获得某种形状

包括渗透 液体组分包围着另一种组分，以获得完整的复合材料

复合材料

成形

连接：

胶粘剂牯接、爆炸连接、扩散连接

用强力迫使一个软质组分围绕复合材料的第二个组分发生变形

通过胶接、变形或高温过程将两种组分连接在一起

压制和烧结 将粉末状组分压制成形，然后加热使粉末连接在一起

4.材料性能的环境效应

（1）温度；

（2）氧或其他气体环境；

（3）腐蚀性介质化学侵蚀；

（4）辐射；

（5）重力环境。

三、材料的选择

选用材料的时候应该遵循使用性能、工艺性能、经济性及环境协调性原则。

1.使用性能原则

使用性能原则是指使用性能是材料在使用过程中，能够安全可靠地工作所必需具备的性能，包含材料的力学性能、物理性能和化学性能。

2.工艺性能原则

工艺性能是指材料在不同的制造工艺条件下所表现出的承受加工的能力。

3.经济性选材原则

在满足器件性能要求前提下，选材时应考虑材料的价格、加工费用和国家资源等情况，以降低产品成本。

4.环境协调性原则

（1）原材料获取、材料制备与加工、材料服役以及材料废弃等材料循环周期内，必须考虑环境负荷及环境协调性。

（2）原材料开采对资源造成的破坏应该降到最低程度，废弃材料应该最大限度地回收利用并进入材料的再循环圈。

1.2课后习题详解

1.1仔细观察一下白炽灯泡，会发现有多少种不同的材料？

每种材料需要何种热学、电学性质？

答：

（1）构成白炽灯的材料有两种，分别为玻璃材料和金属材料。

（2）白炽灯中的玻璃材料需要有很好的热容性耐高温性，而且热膨胀系数要小；

白炽灯中的金属材料主要有灯丝和金属接口，灯丝需要耐高温且熔点高，接口处的金属需要有很好的导电性。

1.2为什么金属具有良好的导电性和导热性？

答：

金属具有良好的导电性和导热性的原因为：

金属中有大量可以自由移动的电子。

自由电子对电流的阻碍作用弱，所以金属有良好的导电性；

自由电子可以传递热量，所以金属有良好的导热性。

1.3为什么陶瓷、聚合物通常是绝缘体？

陶瓷、聚合物通常是绝缘体是因为在陶瓷和聚合物中电子或者离子都被严重地束缚，没有可以自由流动的电子和传递电子的离子，所以它们通常是绝缘体。

1.4铝原子的质量是多少？

若铝的密度2.7g/cm3，计算1mm3中有多少原子？

（1）铝的相对原子质量为27ｇ/mol，铝为面心立方结构，每个晶胞中有４个铝原子，则铝原子的质量为

ＭＡｌ＝27÷

ＮＡ＝4.482×

10-26kg

（2）1mm3中铝的质量为m，由ρ＝m/V得

m＝ρ×

V＝2.7×

10－3×

1×

10－3＝2.7×

10－6kg

1mm3中铝原子的数量为

n＝2.7×

10－6/4.482×

10－26＝6.02×

1019

1.5为了防止碰撞造成扭折，汽车的挡板可由装甲制造，但实际应用中为何不如此设计？

说出至少三种理由。

实际应用中不用装甲制造汽车挡板的理由有：

（1）用装甲制造汽车的挡板成本太高，不符合经济型选材原则；

（2）用装甲制造汽车挡板工艺复杂，不符合工艺性能原则；

（3）用装甲制造汽车挡板耗能耗材大，不符合环境协调性原则。

1.6描述不同材料常用的加工方法。

不同材料常用的加工方法如下：

（１）金属材料常用的加工方法有铸造、成型、连接、机械加工和冶金粉末；

（２）陶瓷材料常用的加工方法有浇注、压制和烧结；

（３）聚合物常用的加工方法有模制和成型；

（４）复合材料常用的加工方法有铸造、成型、连接、压制和烧结。

1.7叙述金属材料的类型及其分类依据。

金属材料的类型及其分类依据为：

（１）由一种金属元素构成的单质（纯金属）；

（２）由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。

合金又可分为固溶体和金属间化合物。

1.8试将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：

黄铜钢筋混凝土橡胶氯化钠铅-锡焊料沥青环氧树脂镁合金碳化硅混凝土石墨玻璃钢答：

金属：

黄铜，铅-锡焊料，镁合金；

陶瓷：

碳化硅；

聚合物：

橡胶沥青，环氧树脂；

复合材料：

钢筋混凝土，玻璃钢。

1.9Al2O3陶瓷既牢固又坚硬且耐磨，为什么不用Al2O3制造铁锤？

不用Al2O3制造铁锤的原因为：

材料的选择不仅要符合它的使用性能原则，而且要兼顾它的工艺性能原则和经济性原则，相比金属材料，Al2O3制造铁锤的工艺复杂，而且生产成本很高，所以不用Al2O3制造铁锤。

1.3名校考研真题详解

一、填空题

按照材料的化学组成，可以将材料分为，，和四大类。

[华中科技大学2007研]

【答案】无机非金属材料；

金属材料；

高分子材料；

【解析】无机非金属材料主要是某些元素的氧化物、碳化物、卤化物、硼化物以及硅酸盐、铝酸

盐、磷酸盐、硼酸盐等组成的材料；

金属材料基本都是合金、掺杂改变金属性能；

高分子材料是起步最晚，但发展最快的一种材料，主要是以高分子化合物为基础的材料；

复合材料由两种或多种材料复合而成，不再是单一的一种材料，通常具有很好的性能和广泛的应用。

二、选择题

1.最难以形成非晶态结构的是（ ）。

[上海交通大学2005研]A．陶瓷

B．金属C．聚合物

【答案】B

【解析】因为金属结构简单，难以阻止其结晶过程，所以金属为一般为晶态，只有在急速冷却的条件下，才可以形成非晶态。

而聚合物结构复杂，最易形成非晶态。

2.碳化硅材料的硬度（ ）[中国科学技术大学2010研]A．比金刚石大

B．比石英大C．比Al2O3小

【解析】碳化硅材料的硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度大于刚玉，小于金刚石，大于石英。

硅氧键的键长大于硅碳键，所以硅氧键的键能小于硅碳键，因而碳化硅材料的硬度大于石英。

3.在金属、陶瓷和高分子中最易结晶的是（ ）。

[上海交通大学2007研]A．高分子

B．陶瓷C．金属

【答案】C

【解析】金属的流动性最好，导热系数高，易于形核，而且由于其结构简单，容易形成有序结构，因此金属最易结晶。

第2章 晶体结构

2.1复习笔记

一、结晶学基础

1.空间点阵

（1）晶体的定义

晶体是指由离子、原子或分子按一定的空间结构排列所组成的固体。

（2）晶体的特点

①晶体的质点在空间的分布具有周期性和对称性；

②晶体具有规则的外形。

（2）选取结晶学单元的条件

①单元应能充分表示出晶体的对称性；

②单元的三条相交边棱应尽可能相等，或相等的数目尽可能地多；

③单元的三棱边的夹角要尽可能地构成直角；

④单元的体积应尽可能地小。

（3）布拉菲点阵结构特征

布拉菲点阵结构的特征如图表2-1-1所示。

表2-1-1布拉菲点阵结构特征

2.结晶学指数

（1）晶面

晶面是指在晶体点阵中可在任一方向上分解为相互平行的结点平面。

（2）晶面指数

晶面指数是指在结晶学中用来表示一组平行晶面的指数，用（hkl）表示。

（3）晶面族

晶面族是指在对称性高的晶体中，原子排列状况相同且并不平行的两组以上的晶面。

（4）晶面族指数

晶面族指数是指晶面族中最简便的晶面指数，用符号{hkl}表示。

（5）晶向指数

晶向指数是指结晶学中用来表示晶体点阵方向的指数，用[uvw]表示。

（6）晶向族指数

晶向族指数是指晶体中原子排列周期相同的所有晶向为一个晶向族，用<

uvw＞表示。

3.晶向与晶面的关系

在立方晶系中，同指数的晶向与晶面相互垂直，也就是说[hkl]晶向是（hkl）晶面的法向。

4.晶带轴定理

（1）晶带轴的定义

晶带轴是指同时平行所有晶面的某一晶向。

（2）不同晶系的晶面间距

不同晶系的晶面间距如表2-1-2所示。

表2-1-2不同