材料科学概论考点总结.docx

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材料科学概论考点总结

1·材料：

材料是人类社会所能接受、可经济地制造有用物品物质（Materialsisthestufffromwhichathingismadeforusing.）

2·材料分类及类型:

按服役领域分类：

构造材料（受力，承载），功能材料（半导体，超导体以及光、电、声、磁等）

按化学构成分：

金属材料，无机非金属材料，高分子材料，复合材料

按材料尺寸分：

零维材料，一维材料，二维材料，三维材料

按结晶状态分：

晶态材料，非晶态材料，准晶态材料

3·材料科学：

是一门以实体材料为研究对象，以固体物理，热力学，动力学，量子力学，冶金，化工为理论基本交叉型应用基本学科。

4·材料发展要素：

材料成分、组织构造、合成加工、性质与使用性能

5·材料力学性能：

弹性模量，强度，塑性，断裂韧性，硬度

6·塑性变形：

材料在外力作用下产生去除外力后不能恢复原状永久性变形称为塑性变形。

塑性变形具备不可逆性

7·能带：

满带，空带，价带，禁带

8·磁性分类：

磁滞回线：

Hc：

矫顽力Hm：

饱和磁场强度

Br：

剩余磁感应强度Bs：

饱和磁感应强度

9·不同材料热导率特性：

金属材料有很高热导率，无机陶瓷或其他绝缘材料热导率较低，半导体材料热传导，高分子材料热导率很低

10·固溶体：

合金组元以不同比例互相混合混合后形成固相晶体构造与构成合金某一组元相似这种相就称为固溶体.

11·断裂韧度：

是衡量材料在裂纹存在状况下抵抗断裂能力

12·影响断裂失效因素：

（1）材料机械性能影响

（2）零件几何形状影响

（3）零件应力状态影响

（4）加工缺陷影响

（5）装配、检查产生缺陷影响

13·穿晶断裂：

裂纹在晶粒内部扩展，并穿过晶界进入相邻晶粒继续扩展直至断裂

14·沿晶断裂：

裂纹沿晶界扩展导致断裂

15·磨损定义：

在机件表面互相接触并作相对运动产生摩掠过程中，会有微小颗粒从表面不断分离出来形成尺寸和形状不同磨屑，使材料逐渐损失，导致机件尺寸变化和质量损失，这种表面损伤现象即为磨损。

16·磨损分类：

黏着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损及疲劳磨损

17·构造材料失效：

材料在外加载荷和环境作用下，会逐渐损失原有物理、化学或力学性能，直至不能继续服役，这一现象称为失效。

18·其常用失效形式：

过量变形，断裂，磨损，腐蚀

19·材料在国民经济中地位及作用：

材料使用水平决定了这个国家科技发展水平,而一种国家科技水平是国民经济命脉控制因素之一。

材料高水平运用以及高尖端开发必然可觉得国民经济助力。

20·金属材料特性：

良好导电性和导热性。

正电阻温度系数，即随温度升高电阻增大。

绝大多数金属具备超导性，即在温度接近于绝对零度时电阻突然下降，趋近于零。

良好反射能力，不透明性及金属光泽。

良好塑性变形能力

21·Fe-C相图有什么用：

它是编制热解决制度重要根据，可以通过铁碳平衡图理解铁碳在不同温度区间金相组织，从而拟定热解决温度。

22·材料蠕变极限：

材料在高温长期载荷下对缓慢塑性变形

（即蠕变）抗力；以

表达700℃下经1000h产生0.2%残存变形量最大应力

23·材料持久强度：

材料在高温长期载荷下对断裂抗力；

以

表达在500℃下经10000h发生断裂应力值。

24·提高材料热强性途径：

固溶强化：

加入基体固溶强化元素Cr、Ni、W、Mo等

析出相强化：

加入第二相沉淀强化元素V、Ti、Nb等

晶界强化：

加入微量晶界强化元素硼（B）与稀土（RE）元素，起净化晶界或填充晶界空位作用。

25·耐磨钢性能及成分特点：

有很高耐磨性和韧性。

高锰钢是当前最重要耐磨钢；

（1）高碳保证钢耐磨性和强度，

（2）高锰它和碳配合，保证完全获得奥氏体组织，（3）一定量硅 硅可改进钢水流动性，并起固溶强化作用

26·铁素体：

碳与α相（BCC）铁形成间隙固溶体，Ferrite。

奥氏体：

碳与γ相（FCC）铁形成间隙固溶体，Austenite

渗碳体：

碳与铁一起形成化合物用Fe3C表达，普通含碳6.67％。

27·退火：

把钢加热到恰当温度，保温一定期间，然后在退火炉中缓慢冷却，以获得接近平衡组织热解决工艺。

正火：

将钢件加热到A3（或Acm）以上30～50℃，保温恰当时间后，在静止空气中冷却，得到珠光体组织热解决工艺。

淬火：

将钢加热至奥氏体化后，迅速置于水中或机油中迅速冷却，使组织转变为马氏体热解决工艺。

钢材经淬火后，强度和硬度提高，脆性增大，塑性和韧性明显减少

回火：

将淬火钢加热至A1点如下某一温度保温一定期间后，以恰当方式冷却到室温热解决工艺

28·钢铁常规热解决工艺种类及特点

29·合金钢牌号命名规则：

在牌号之首用数字标明碳质量分数。

构造钢用碳平均质量分数万分数来表达（两位数）；工具钢和特殊性能钢用碳平均质量分数千分数来表达（一位数），而工具钢碳质量分数超过1%时，就不再标出。

在之后用元素符号表白钢中重要合金元素，质量分数由其后缀数字标明，平均质量分数不大于1.5%时不标，平均质量分数为1.5%-2.49%、2.5%-3.49%时，相应标出2、3等。

30·不锈钢特点及“不锈”原理：

（1）耐腐蚀性能越高，碳含量要越少。

由于C存在增长阴极相（碳化物），特别是与Cr能形成碳化物在晶界析出。

（2）Cr能提高基体电极电位，Cr在氧化性介质中极易钝化，生成致密氧化膜，使钢耐蚀性大大提高。

（3）加入Mo、Cu等，可提高钢在非氧化性酸中耐蚀能力。

（4）加入Ti、Nb等，能比Cr优先与C形成稳定碳化物。

（5）加入Mn、N等，某些代替Ni，提高在有机酸中耐蚀性。

铬含量不不大于12%，碳含量可高达1.2%，具备足够高耐蚀性

31·影响金属表面腐蚀因素：

化学不均匀性，能量不均匀性，化学成分，压力，温度

32·防止金属表面腐蚀办法：

①变化金属内部构造。

例如，把铬、镍加入普通钢中制成不锈钢。

②在金属表面覆盖保护层。

例如，在金属表面涂漆、电镀或用化学办法形成致密耐腐蚀氧化膜等。

③电化学保护法。

尚有加缓蚀剂

33·金属表面改性办法：

激光表面改性；离子注入表面改性；化学热解决表面改性金属表面涂塑，气相沉积硬涂层技术

34·老式陶瓷、特种陶瓷概念与分类：

老式陶瓷：

重要指黏土制品，以天然硅酸盐矿物为原料经粉碎、成形、烧结制成产品。

涉及日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、化工陶瓷等，产量大，用途广

特种陶瓷：

是以高纯化工原料和合成矿物为原料，沿用老式陶瓷工艺流程制备陶瓷，是具备特殊力学、物理或化学性能陶瓷。

也称为当代陶瓷、新型陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷等。

按性能和应用可分为：

电子陶瓷、光学陶瓷等；

按化学成分可分为：

氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷

最惯用分类办法：

构造陶瓷材料（工程陶瓷材料）和功能陶瓷材料；

35·陶瓷材料相构成：

大体可分为3种：

晶体相、玻璃相和气相（气孔）。

36·陶瓷材料生产过程三大环节：

原料配制、坯料成形和制品烧成

37·粉末制备办法：

1）固相法：

还原法、热分解法、自蔓延高温合成法等。

2）气相法：

气相合成法、气相热分解法。

3）液相法：

直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法。

4）机械法：

球磨、振动球磨、搅动球磨、气流粉碎等办法。

5）溶剂蒸发法。

38·影响Al2O3陶瓷烧结因素：

成形办法影响；烧结制度影响（烧结温度，升温速率，压力）；烧结氛围影响

39·特种陶瓷与普通陶瓷区别：

在原料上，突破了老式陶瓷以黏土为重要原料局限，特种陶瓷普通以纯度较高氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等为重要原料；

在制备上，突破了老式陶瓷以炉窑为重要烧结设备界限，广泛采用真空烧结、保护氛围烧结，采用热压、热等静压等手段；

在性质上，特种陶瓷有不同特殊性质和功能。

40·陶瓷材料晶体缺陷：

点缺陷、线缺陷和面缺陷

41·提高陶瓷材料强度及减轻脆性途径：

制造微晶、高密度、高纯度陶瓷，提高晶体完整性是陶瓷发展重要方向。

把陶瓷制成截面细小纤维及晶须，减少缺陷存在几率，强度可提高1-2数量级

通过恰当工艺在陶瓷表面导致一层残存压应力，以某些抵消外加拉应力，可提高其强度

复合强化是发挥陶瓷材料优势重要途径。

纤维增强陶瓷基复合材料可有效地改进材料强韧性

42·材料内部热应力产生因素：

1、机械约束；

2、均质材料中浮现温度梯度；

3、非均质固体中各相之间热膨胀系数差别；

4、单相多晶体中热膨胀系数各向异性。

43·耐火材料制备时原料煅烧目：

（1）去除原料中易挥发杂质和夹杂物；

（2）使原料颗粒致密化及结晶长大；

（3）促使完毕同质异晶晶型转化。

44·生物陶瓷定义：

用于人体器官替代，修补及外科矫形等陶瓷材料

种类：

生物惰性陶瓷；生物活性陶瓷

长处：

1）具备良好力学性能，并且极其稳定；在体内难于溶解，不易氧化，不易腐蚀变质，热稳定性好，便于消毒；

2）耐磨，有一定润滑性，不易产生疲劳现象，并且和人体组织亲和性好；

3）构成范畴比较宽，可以依照实际应用规定设计构成，以调节性能；

45·生物材料发展趋势：

展望将来，随着生物材料学和其她学科发生着越来越频繁交叉，新材料发现，以及旧材料改造与改良，生物材料在21世纪将会大量应用于临床医学，将会有越来越多性能优秀，功能多样生物材料造福人类。

46·耐火材料：

耐火材料是耐火度不低于1580℃无机非金属材料

47·不定形耐火材料定义、特点及分类：

不定形耐火材料是由合理级配颗粒料、粉状料、结合剂与外加剂共同构成不经成型和烧成而直接使用耐火材料。

分类：

1）按耐火骨料品质分类:

硅质、粘土质、高铝质、镁质等等

2）按所用结合剂分类:

水泥结合、粘土结合、水玻璃结合、超微粉结合等等按热工设备或使用部位命名:

转炉镁质喷补料、钢包永久层浇注料、高炉出铁沟浇注料等等；

3）按施工和用法分类：

耐火浇注料：

普通借助振动器施工;耐火捣打料：

借助风镐或人工捣打；耐火喷涂、喷补、涂抹料：

借助喷补机或人工涂抹；耐火泥（浆）：

人工砌筑耐火砖填缝材料；耐火投射料：

以投射方式施工；特点：

1）工厂占地面积小，投资少，能耗低；2）生产过程简便，劳动强度低；3）供货周期短；合用性强，可制成任何形状构筑物；4）施工简便，直接使用或调配后使用；5）使用以便，可进行在线或离线修补

48·耐火度：

耐火材料在高温作用下而不熔化性质称为耐火度；多相体达到某一特定软化限度温度

荷重软化温度：

耐火材料在规定升温条件下，受恒定载荷产生规定变形时温度；是耐火材料以恒荷重、持续升温法所测定高温力学性质；表达制品对高温和荷重同步作用抵抗能力；表达耐火材料呈现明显塑性变形软化范畴。

49·石灰特性及应用：

1）生可塑性和保水性好；2）石灰水化时水化热大，体积增大；3）硬化缓慢；4）硬化时体积收缩大：

硬化过程中，蒸发大量游离水而引起明显收缩，促使制品开裂5）硬化后强度低；6）耐水性差：

氢氧化钙晶体易溶于水。

应用：

1）建筑砂浆和石灰乳；

2）无熟料水泥石灰＋火山灰活性材料

3）三合土灰＋粘土＋砂＋水

4）材制品原料如：

硅酸盐制品、灰砂制品、碳化板等。

5）地基加固

50·石膏凝结硬化影响因素：

石膏构成；膏浆体用水量；外加剂；细度

51·硅酸盐水泥生产：

两磨一烧

黏土，石灰石和调节原节原料一起粉磨得到生料

生料煅烧得到熟料

熟料，石膏和混合材一起粉得到水泥

52·共聚物：

两种或更各种小分子一种接一种地连接成链状或网状构造高分子，称为共聚物。

53·立体异构：

stereoisomerism是在有相似分子式化合物分子中，原子或原子团互相连接顺序相似，但在空间排列方式不同，与构造异构（依照状况不同可以分为：

碳链异构、位置异构、官能团异构三种。

）同属有机化学范畴中同分异构现象

54·高分子材料定义：

高分子材料是由可称为单体原料小分子通过聚合反映而合成。

绝大某些原料单体为有机化合物

三大合成高分子材料：

塑料合成橡胶合成纤维

55·高分子材料近程构造：

包括构造单元化学构成、构造单元键接方式、构造单元空间立构、支化与交联、构造单元键接序列

远程构造：

指整个高分子链构造。

包括高分子链尺寸（相对分子质量）和高分子链形态（高分子链构象和链柔性）。

56·高分子材料老化机理

1产生大分子链交联→变硬、变脆、开裂。

②大分子链断开→变软、发粘、褪色。

防止老化办法：

①进行构造改性，提高稳定性。

例如：

聚氯乙烯在氯气中用紫外线照射，成为氯化聚氯乙烯；共聚办法制得共聚产物：

ABS塑料。

②加入防老化剂，抑制老化过程。

例如：

添加水杨酸酯，碳黑，防紫外线老化。

③表面解决：

表面镀金属，喷涂料，防止空气、水、光引起老化。

57·纤维增韧：

为了克服陶瓷脆性大弱点，可以在陶瓷基体中加入纤维而制成陶瓷基复合材料。

由于定向、取向或无序排布纤维加入，陶瓷基复合材料韧度明显提高，这就是纤维增韧

58·复合材料分类

1）按基体相分：

金属基，陶瓷基，聚合物基，水泥基

2按增强相形态分：

颗粒增强，纤维增强，晶须增强，编织物增强

3）按用途分：

构造复合材料，功能复合材料

59·复合材料性能特点：

1.比强度和比模量高2.抗疲劳与断裂安全性能好3.良好减振性能4.良好高温性能

1）多相：

至少两相；2）独立性：

相是独立，构成和性能独立；

3）复合效应：

具备不同于构成相独特性能效应；

4）可设计性：

构成、构造和性能具备可设计性。

60·颗粒增韧陶瓷基复合材料韧化机理：

1）.相变增韧2）.微裂纹增韧3）.裂纹转向与分叉增韧裂纹

61·ZrO2马氏体相变增韧机理及使用条件：

氧化锆在一定温度和应力场作用下，亚稳定四方氧化锆（t-ZrO2）颗粒转变为单斜相氧化锆（m-ZrO2）随着着这种相变有3％-5％体积膨胀，因而产生压缩应力，从而抵消外加应力，制止裂纹扩展，达到增韧目。