材料化学复习.docx
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材料化学复习
第一章（绪论）
（1）材料的分类：
金属、无机非金属、高分子、复合
（2）材料四特性：
结构、性能、制备和应用
第三章
（1）水热法
原理：
通过对高压釜加热、加压产生相对高温、高压的反应环境，使难溶或不溶物质溶解而达到不饱和，从而析出晶体。
（2）溶胶-凝胶法（sol-gel）
原理：
通过凝胶前驱体的水解缩聚制备金属氧化物材料。
前驱体：
一般是无机盐和金属醇盐
步骤：
前驱体的水解、缩合——形成三维空间网络结构的凝胶——干燥、烧结固化
应用：
制备颗粒、纤维、表面涂膜和块状材料
（3）液相沉淀法
类型：
直接沉淀法：
在金属盐溶液中直接加入沉淀剂
共沉淀法：
在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，全部沉淀。
均匀沉淀法：
利用化学反应使构晶离子缓慢均匀的释放出来。
（4）固相反应（凡是有固相参与的化学反应都称作固相反应）
特点：
固态直接参与化学反应。
一般包括相界面上的反应和物质迁移
反应开始温度常常远低于反应物熔点。
矿化剂的影响（作用）
1、改变反应机制，降低反应活化能。
2、影响晶核的生产速率。
3、影响结晶速率及晶格结构。
4、降低系统的共熔点，改善液相性质。
（5）插层法与反插层法
插层法：
把一些新原子导入晶体材料的空位。
反插层法：
将晶体材料的某些原子有选择性的移除。
应用：
固态锂离子电池的阴极材料
石墨基质（石墨层间化合物GIC）
（6）自蔓延高温合成法
原理：
利用反应物间化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料。
平衡机制：
燃烧反应与结构化同步进行。
非平衡机制：
化学反应与结构化不同步。
（7）非晶材料的制备
制备需解决的两个问题：
1、形成原子或分子混乱排列的状态：
2、将热力学的亚稳态在一定的温度范围保存下来，使之不发生晶态转变。
液相骤冷制备
原理：
使熔体急速降温，使晶体生长来不及成核，从而把熔体中无序结构保留下来，得到无序的固体材料。
主要方法：
喷枪法、活塞法、抛射法。
第四章
（1）耐氧化性
1、化学腐蚀：
金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗。
电化学腐蚀：
金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池，损耗材料。
阳极保护：
在金属材料上加入较活泼的金属作阳极，而被保护的金属作为阴极，发生电化学腐蚀时阳极被腐蚀，金属材料得以保护。
2、耐有机溶剂性
热塑性高分子材料（物质在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状的性质）在有机溶剂中溶解。
热固性高分子材料（加热时不能软化和反复塑制）在有机溶剂中溶胀。
3、高分子材料抗氧化剂
光屏蔽剂：
屏蔽光辐射源
紫外线吸收剂：
吸收并消散紫外线辐射。
（2）力学性能
1、应力：
单位截面积承受的力（σ=F/A）
应变：
材料受力发生的形变（ε=（L-L。
）/L）
弹性形变：
σ=Eε（E是弹性模量）
2、应力应变曲线中四个参数：
弹性极限：
σe，表示材料保持完全弹性变形的最大应力。
屈服强度：
σs，表示材料开始发生明显塑性形变的抗力。
极限强度：
σb，表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。
断裂强度：
σk，材料对塑性的极限抗力。
3、塑性材料：
伸长率δ大于等于5％。
脆性材料：
伸长率小于5％
伸长率δ=Lf-L0/L0（Lf是试样拉断后的长度，L0是原长）
（3）硬度
1、布氏硬度、维氏硬度和洛氏硬度。
2、三大材料硬度分析：
A:
金属材料硬度受其结构影响，形成固溶体或合金时，硬度显著提高.
B:
无机非金属材料由离子键和共价键构成，两种键强度均较高，一般具有较高硬度。
C:
高分子材料分子链以共价键结合，分子链之间以范德华力和氢键结合，键力较弱，硬度较低。
（4）热学性能
1、三大材料导热机理：
A:
金属材料导热性能最佳，通过自由电子运动实现。
B:
无机非金属材料自由电子较少，导热靠原子热振动来完成，导热性能差。
C:
高分子材料依靠分子链及链段的运动实现传热。
2、热膨胀性
体膨胀：
物质的体积随温度升高而增大。
线膨胀：
物质的长度随温度升高而变长。
三大材料热膨胀性能差异原因：
结合键越强，原子间作用力越大，原子离开平衡位置所需的能量越高，膨胀性能差。
结构紧密的晶体的热膨胀系数比结构松散的非晶体热膨胀系数大。
共价键材料与金属相比，热膨胀系数低。
离子键与金属相比，热膨胀系数较高，高分子材料和金属及陶瓷相比，热膨胀系数较大。
3、热容：
1mol材料的温度升高1K时所需要的热量称为热容。
比热容：
单位质量的材料温度升高1K所需要的能量。
（5）电学性能
包括：
导电性、压电性、介电性和铁电性能。
1、导电性
定义：
材料传导电流的能力。
三大材料导电性：
金属材料导电性最好。
陶瓷材料大多数是良好的绝缘体。
半导体：
常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料
N-型半导体：
自由电子，供体。
P-型半导体：
自由空穴，受体。
2、介电性：
在电场作用下，材料表现出对静电能的储蓄和损耗的性质。
3、压电性：
晶体材料与所施加的机械应力成比例产生电荷的能力。
正压电效应：
由于形变而产生电极化的现象称为“正压电效应”。
逆压电效应：
对晶体施加交变电场引起晶体机械变形。
4、铁电性：
电滞回线中三个参数（最大极化强度，剩余极化强度，矫顽电场），高于居里温度点，铁电性消失
（6）磁学性能
磁滞回线中三个参数：
饱和磁感应强度、剩余磁感应强度和矫顽磁场强度。
高于居里温度点，铁磁性消失
弱磁：
抗磁性和顺磁性
强磁：
铁磁性反铁磁性和亚铁磁
铁磁性：
外磁场去除后，仍保持部分极化状态。
（7）光学性能
定义：
各种材料在光学性能上的差异主要是其对光的反射、吸收和透过程度不同。
1、光的吸收与透过（透明与不透明）：
金属：
电磁波可激发电子到能量较高的未填状态而被吸收，但光波只能进入金属100nm处，故不透明。
半导体及无机非金属材料：
取决于能隙Eg
Eg>3.1eV时，λ<380nm,不能吸收可见光，故无色透明。
Eg<1.59eV,λ>780,所有可见光都被吸收，不透明。
1.59Ev2、光的反射与折射（材料颜色）
金属：
颜色取决于反射波长
无机非金属：
反射受介质折射率差影响。
第五章
（1）黑色金属：
铁锰铬及其合金
有色金属：
钢铁除外的所有金属
有色金属：
轻有色金属：
密度小于4.5
有色金属：
密度大于4.5
贵金属：
金银铜
准金属：
稀有金属：
自然界含量很少、分布
（2）金属晶体的结构
FCC（A1）BCC（A2）HCP（A3）
（3）合金的基本结构
1、合金类型：
机械混合物、固溶体和金属间化合物
2、固溶体类型：
置换固溶体、间隙固溶体和缺位固溶体
空隙越大，越容易形成间隙固溶体。
3、金属化合物类型
定义：
两组元组成的合金中，在形成有限固溶体的情况下，溶质含量超过溶解度，会出现新相，新相不同于任一组元。
正常价化合物、电子化合物和间隙化合物
（4）铁碳相图中各成分分类
固溶体：
奥氏体（碳与γ-Fe）铁素体（碳与α-Fe）马氏体（碳与α-Fe）
金属化合物：
渗碳体（FeC3）
机械混合物：
珠光体（铁素体和渗碳体）莱氏体（珠光体、渗碳体与共晶渗碳体）
（5）金属材料热处理
退火、正火、回火和淬火
细晶强化：
晶界使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，而且各晶粒间存在位向差，必然有多滑移，产生交割，两者共同作用大大提高金属材料的强度。
而晶粒越多，晶界也越多，强化效果更好.
（6）储氢合金
储氢原理：
可以大量吸氢，且吸放氢气过程可逆。
吸氢放热，加热放热。
吸氢过程：
超过固溶度后
吸附在
氢气————含氢固溶体——————金属氢化物———过饱和氢化物
吸放氢与温度的关系：
P123
（7）形状记忆合金
1、定义：
材料在某一温度下受外力而变形，当外力撤去后，仍保持变形后的形状，当温度上升到某数值时，材料会自动恢复到变形前原有的形状。
2、分类
单程：
材料加热后恢复原形，再改变温度，形状不发生改变。
双程：
物体的形状自动随温度变化在高温、低温形状间变化。
全程：
除具有可逆记忆的特点外，当温度较低时，物体的形状向与高温形状相反的方向变化。
3、工作原理
（8）其他合金材料
1、超塑性合金：
在700-1200C高温下仍能长时间保持所需力学性能，具有抗氧化、抗腐蚀能力，能满足工作条件的金属材料。
2、超塑性合金
细晶超塑性：
晶粒一般为微小等轴晶粒。
相变超塑性：
相变超塑性不要求金属有超细晶粒组织，但要求金属由固态相变特性。
第六章
无机非金属材料
分类：
传统、新型（特种）
硅酸盐
1、结构分类
A：
岛状，四面体,桥氧数0
B:
组群状，双四面体，三、四、六节环，桥氧数1、2
C:
链状桥氧数23
D:
层状桥氧数3
F:
架状桥氧数4
（1）水泥
1、水硬性胶凝材料：
能将散状材料或纤维材料胶结在一起，经物理、化学作用，由浆体而成固体的人造石材的材料称为胶凝材料，浆体不仅能在空气中凝结、硬化而且能在水中硬化增长强度的称为水硬性胶凝材料。
2、主要原料：
粘土、石灰石铁质校正原料。
3、制备流程：
两磨一烧
4、石膏作用：
调节硬化时间
5、主要成分：
硅酸三钙（C3S）硅酸二钙（C2S）铝酸三钙（C3A）铁铝酸四钙（C4AF）
6、硬化三阶段：
溶解、胶化、硬化
（2）陶瓷
传统陶瓷的主要原料：
粘土、石英、长石
结构陶瓷：
氧化铝、碳化硅、六方氯化硅
结构：
多相结构，晶相、玻璃相和气孔。
并非所有陶瓷都包含玻璃相。
（3）玻璃
最显著特点：
非结晶性
主要原料：
石英砂、石灰石、纯碱、长石
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