材概考試大綱答案 (1)

1、什么是材料？材料是由一定配比的若干相互作用的元素組成，具有一定結(jié)構(gòu)層次和確定性能，并能用于制造物品、器件、構(gòu)件、機器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)。比較晶體與非晶體的結(jié)構(gòu)特性，了解晶體的結(jié)構(gòu)不完整性有哪些類型？ 晶體與非晶體的結(jié)構(gòu)特性：晶體是指原子或原子團、離子和分子按一定規(guī)律呈周期性的排列構(gòu)成的物質(zhì)。晶體結(jié)構(gòu)的基本特征是原子或分子在三維空間呈 周期性的規(guī)則而有序地排列，即存在長程的幾何有序。而非晶體中，微粒是無規(guī)則排列的，不存在周期性的空間點陣結(jié)構(gòu)。晶體的結(jié)構(gòu)不完整性: 雜質(zhì)原子與固溶體；點缺陷；線缺陷；面缺陷。材料按組成、結(jié)構(gòu)特點可分為哪幾類？金屬材料 黑色、有色、特殊金屬材料；無機非金屬材料 水泥、陶

2、瓷、玻璃、耐火材料；高分子材料 塑料、纖維、橡膠、涂料、粘合劑；復(fù)合材料 金屬基、陶瓷基、樹脂基、碳碳材料材料科學(xué)與工程的概念？材料科學(xué)與工程是關(guān)于材料成分、結(jié)構(gòu)、工藝和它們性能與應(yīng)用之間有關(guān)知識開發(fā)和應(yīng)用的科學(xué)。它是一個多學(xué)科的交叉領(lǐng)域，是從科學(xué)到工程的一個專業(yè)連續(xù)領(lǐng)域。同時材料科學(xué)與工程學(xué)科以數(shù)學(xué)、力學(xué)及物理、化學(xué)自然科學(xué)為基礎(chǔ)，以工程學(xué)科為服務(wù)和支撐對象，是一個理工結(jié)合、多學(xué)科交叉的新興學(xué)科，其研究領(lǐng)域涉及自然科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和工程學(xué)。日本專家島村昭治將材料的發(fā)展歷史劃分為哪五代？ 石器時代的木片、石器、骨器等天然材料；陶、青銅和鐵等從礦物中提煉出來的材料；高分子材料；復(fù)合材料；材料的特征

3、隨環(huán)境和時間而變化的復(fù)合材料。當(dāng)代文明的三大支柱，全球新技術(shù)四大標(biāo)志三大支柱：材料、信息、能源四大標(biāo)志：現(xiàn)代社會新技術(shù)的四大支柱是:信息技術(shù)、生物工程技術(shù)、能源技術(shù)和新材料技術(shù)材料科學(xué)與工程的四個要素是什么？材料的性質(zhì)，使用性能，結(jié)構(gòu)與成分，合成和加工什么是材料的化學(xué)組成？相的概念？材料相的組成？材料的化學(xué)組成：組成材料最基本、獨立的物質(zhì)，可為純元素或穩(wěn)定的化合物，以及其種類和數(shù)量；相：材料中具有同一化學(xué)成分并且結(jié)構(gòu)相同的均勻部分稱為相；組成材料的相的種類和數(shù)量稱為相組成什么是材料的結(jié)構(gòu)？ 材料的結(jié)構(gòu)是指材料的組成單元（原子與分子）之間相互吸引和排斥作用達到平衡時的空間排布，從宏觀到微觀可分為

4、不同的層次，即宏觀組織結(jié)構(gòu)、顯微組織結(jié)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)。材料的結(jié)構(gòu)是指材料的組元及其排列和運動方式。包含形貌、化學(xué)成分、相組成、晶體結(jié)構(gòu)和缺陷等內(nèi)涵。材料的結(jié)構(gòu)決定材料的性能材料的合成的概念？材料加工的概念？合成：常常是指原子和分子組合在一起制造新材料所采用的物理和化學(xué)方法。合成是在固體中發(fā)現(xiàn)新的化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象的主要源泉。加工：這里所指的是成型加工，除了上述為生產(chǎn)出有用材料對原子和分子控制外，還包括在較大尺度上的改變，有時也包括材料制造等工程方面的問題合成與加工是指建立原子、分子和分子聚集體的新排列，在從原子尺度到宏觀尺度的所有尺度上對結(jié)構(gòu)進行控制以及高效而有競爭力地制造材料和零件的演變過程材

5、料的性能、材料的功能以及材料使用性能的含義？性能是材料功能特性和效用（如電、磁、光、熱、力學(xué)等性質(zhì)）的定量度量與描述。材料的功能：指物質(zhì)（材料）對應(yīng)于某種輸入信號時，所產(chǎn)生的質(zhì)或量的變化，或其中某些變化會產(chǎn)生一定的輸出，即能產(chǎn)生另一種效應(yīng)。如壓電效應(yīng)，熱電效應(yīng)等。材料使用性能：是材料在使用條件下應(yīng)用性能的度量，通常指材料在最終使用狀態(tài)時的行為，是材料固有性質(zhì)與產(chǎn)品設(shè)計、工程能力和人類需要相融合在一起的一個要素，必須以使用性能為基礎(chǔ)進行設(shè)計才能得到最佳的方案。材料科學(xué)與工程四個要素之間的關(guān)系？材料的性質(zhì)取決于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只有改變了材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)才能達到改變和控制材料性能的目的，而材料的合成和加工

6、工藝常常對材料的結(jié)構(gòu)起決定性作用。邏輯上的因果關(guān)系：合成與加工產(chǎn)生結(jié)構(gòu)與成分，結(jié)構(gòu)與成分具備材料性質(zhì)，材料性質(zhì)提供使用性能。金屬材料的主要特點和類型。常溫下是固體，熔點較高，密度較大，有光澤，延展性、韌性、塑性、可加工性好，導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性好，易氧化。類型：黑色金屬、有色金屬、特殊金屬。煉鐵、煉鋼的主要原料、工藝及其作用。煉鐵：鐵礦石、石灰石、焦炭、錳鐵礦；煉鋼：生鐵、焦炭。鐵礦石 高爐煉鐵中最主要的原料焦炭 燃料 還原劑的作用石灰石 生鐵冶煉中的主要溶劑之一。降低冶煉溫度、保證礦石中的脈石和焦炭中的灰分能夠熔化造渣，使冶煉中還原出來的鐵與脈石和灰分很好的分離錳礦石 煉剛得脫氧劑和脫硫劑鐵礦石的

7、代用品剛中合金元素的存在形式及其作用1. 溶入固溶體（鐵素體、奧氏體），固溶強化。2. 溶入奧氏體，提高淬透性，形成更多馬氏體，提高強度。3. 形成穩(wěn)定碳化物，加熱時阻礙晶粒長大，細(xì)化晶粒。4. 形成穩(wěn)定碳化物，具有高硬度，提高耐磨性。5. 形成穩(wěn)定碳化物，彌散分布，彌散強化。6. 擴散慢，推遲回火轉(zhuǎn)變，提高回火穩(wěn)定性，在某些高合金鋼中產(chǎn)生二次硬化。1. 合金元素與鐵的作用：溶于鐵形成固溶體。影響鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變；固溶強化使鋼的室溫強度提高。2 .合金元素與碳的作用 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B； 碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti 合金滲碳體

8、 合金碳化物無機非金屬材料主要包括哪些材料？它們有哪些主要特征？無機非金屬材料包括陶器就、瓷器、耐火材料、粘土制品、玻璃、水泥和搪瓷等材料。特征：熔點高，硬度高，強度高，耐高溫，耐腐蝕，耐磨損，耐氧化，絕緣性好，脆性大，彈性模量大，化學(xué)穩(wěn)定性好，一般為脆性材料。玻璃生產(chǎn)過程中退火起什么作用？陶瓷由哪些相組成？各相對陶瓷材料性能有何影響？晶體相：陶瓷材料最主要的組成相其結(jié)構(gòu)、形態(tài)、數(shù)量及分布決定了陶瓷材料的特性。玻璃相：玻璃相是陶瓷材料中原子不規(guī)則排列的組成部分，其結(jié)構(gòu)類似于玻璃。積極作用：填充晶體之間的空隙，提高材料的致密度；降低燒成溫度；阻止晶型轉(zhuǎn)變、抑止晶粒長大。不利影響：陶瓷強度、介電常

9、數(shù)、耐熱性能。氣相：坯體各成分在加熱過程中發(fā)生物理、化學(xué)作用所生成的空隙。不利影響：降低材料的強度，是造成裂紋的根源。（陶瓷定義：以粘土、長石、石英為主要原料，經(jīng)過粉碎、混煉、成型、鍛燒等制作的產(chǎn)品。廣義陶瓷：用陶瓷生產(chǎn)方法制造的無機非金屬固體材料和產(chǎn)品的通稱。）簡述特種陶瓷的定義。特種陶瓷與普通陶瓷有區(qū)別？ 陶瓷定義：以粘土、長石、石英為主要原料，經(jīng)過粉碎、混煉、成型、鍛燒等制作的產(chǎn)品。廣義陶瓷：用陶瓷生產(chǎn)方法制造的無機非金屬固體材料和產(chǎn)品的通稱。特種陶瓷定義：采用高度精選的原料，具有能精確控制的化學(xué)組成，按照便于進行結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制制造的方法進行制造、加工的，具有特殊性能的陶瓷。 與普通陶瓷

10、的區(qū)別 原料上：純度較高的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等，材料組成精確調(diào)配；制備上：突破了爐窯的界限，廣泛采用真空燒結(jié)、保護氣氛燒結(jié)、熱壓、熱等靜壓等手段；性質(zhì)上：特殊力學(xué)、物理和化學(xué)性能。簡要介紹陶瓷的生產(chǎn)工藝步驟。簡要介紹硅酸鹽水泥的生成工藝流程硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成硅酸三鈣 3CaO·SiO2 C3S硅酸二鈣 2CaO·SiO2 C2S鋁酸三鈣 3CaO·Al2O3 C3A鐵鋁酸四鈣 4CaO·Al2O3·Fe2O3 C4AF簡述玻璃的定義及其具有哪些特性？熔融體過冷制得的具有固體性質(zhì)和一定結(jié)構(gòu)特征的非晶態(tài)物質(zhì)。特性：各向

11、同性，介穩(wěn)性，固態(tài)和熔融態(tài)間轉(zhuǎn)化的漸變性和可逆性，性質(zhì)隨成分變化的連續(xù)性和漸變性按組成分類，玻璃是如何命名的？按應(yīng)用分類，玻璃的主要種類及用途有哪些？用途分：應(yīng)用分：普通玻璃和特種玻璃，用途：日用玻璃，建筑玻璃，光學(xué)玻璃，玻璃纖維（普通玻璃）；輻射玻璃，激光玻璃，光纖玻璃，非線性光學(xué)玻璃（特種玻璃）。簡要介紹玻璃的生成過程。原料配制，熔制，成型（壓制成型，吹制成型，拉制成型，延展成型，澆注成型，離心成型，燒結(jié)成型，噴吹成型，浮法成型），退火。什么叫做退火，退火的作用是什么？退火：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（隨爐冷卻），以獲得接近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。 退火的目的主要是

12、為了消除內(nèi)應(yīng)力。將玻璃加熱至一定溫度進行熱處理并采取適宜的冷卻工藝制度，從而消除或減少玻璃在生產(chǎn)過程中因激烈、不均勻的溫度變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。區(qū)分幾個重要概念：高分子，單體，玻璃鋼，合成纖維，無機高分子，加聚反應(yīng)，縮聚反應(yīng)高分子：有結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵的形式通過聚合反應(yīng)重復(fù)連接而成的鏈狀化合物，高分子也稱聚合物或是高聚物，英文都是polymer。單體：通過聚合反應(yīng)能制備高分子化合物的物質(zhì)稱做單體。玻璃鋼：以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，或稱謂玻璃鋼。合成纖維：以簡單化合物為原料,通過聚合或縮聚反應(yīng)制成成纖高分子物，再通過紡絲和后處理加工制成纖維。加聚反應(yīng)：由不飽和

13、低分子化合物相互加成或由環(huán)狀化合物開環(huán)連接成大分子的反應(yīng)?？s聚反應(yīng)：由具有兩個以上官能團的低分子化合物聚合成高分子化合物，同時析出某些小分子物質(zhì)(如水、氨、醇、氯化氫等)的反應(yīng)。 高分子及高分子材料的主要特點。分子量多分散性，只有一定的范圍，是分子量不等的同系物的混合物；分子量很大（104-107，甚至更大） 沒有固定熔點，只有一段寬的溫度范圍； 沒有沸點和固定的熔點，分子間力很大，加熱到200oC-300oC以上，材料破壞（降解或交聯(lián)）。 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu) 柔性分子鏈大部分高分子的主鏈具有一定的內(nèi)旋轉(zhuǎn)自由度。由于這一突出特點，聚合物顯示出了特有的性能，表現(xiàn)為“三高一低一消失”。既是：高分子量、高彈性

14、、高黏度、結(jié)晶度低、無氣態(tài)。因此這些特點也賦予了高分子材料（如復(fù)合材料、橡膠等）高強度、高韌性、高彈性等特點。 丁苯橡膠制備中進行硫化與增強的主要目的、方法及其作用。目的：制品強度很低、彈性小、遇冷變硬、遇熱變軟、遇溶劑溶解等，無使用價值，通過硫化才能獲得必需的使用性能。方法：加入惰性填料、增強填料等。作用：使線型橡膠分子交聯(lián)形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。玻璃鋼的基體與增強體，玻璃鋼的特點及其作用?；w：樹脂；增強體：玻璃纖維。特點及其作用：(1)輕質(zhì)高強 在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應(yīng)用中，都具有卓越成效。(2)耐腐蝕性能好 FRP是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度

15、的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已應(yīng)用到化工防腐的各個方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。(3)電性能好 是優(yōu)良的絕緣材料，用來制造絕緣體。高頻下仍能保護良好介電性。微波透過性良好，已廣泛用于雷達天線罩。(4)熱性能良好 FRP熱導(dǎo)率低，室溫下為1.251.67kJ/（m·h·K），只有金屬的1/1001/1000，是優(yōu)良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護和耐燒蝕材料，能保護宇宙飛行器在2000以上承受高速氣流的沖刷。 (5)可設(shè)計性好可以根據(jù)需要，靈活地設(shè)計出各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，來滿足使用要求，可以使產(chǎn)品有很好的整體性?？梢猿浞诌x擇材料來

16、滿足產(chǎn)品的性能，如：可以設(shè)計出耐腐的，耐瞬時高溫的、產(chǎn)品某方向上有特別高強度的、介電性好的，等等。(6)工藝性優(yōu)良可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數(shù)量來靈活地選擇成型工藝。工藝簡單，可以一次成型，經(jīng)濟效果突出，尤其對形狀復(fù)雜、不易成型的數(shù)量少的產(chǎn)品，更突出它的工藝優(yōu)越性。合成高分子的制備方法與主要合成工藝。由小分子化合物單體制備聚合物的反應(yīng)主要分為三類，它們是縮合反應(yīng)、加成反應(yīng)和開環(huán)聚合。另一類是由一種聚合物經(jīng)過適當(dāng)?shù)母叻肿臃磻?yīng)也可轉(zhuǎn)化為另一種高分子化合物。 合成工藝： 石油、天然氣、煤炭等裂解成單體，單體聚合成高分子聚合物，高分子聚合物加工成高分子材料什么是復(fù)合材料？為什么主要成分為碳酸

17、鈣的貝殼強度要比同樣組成為碳酸鈣的粉筆要高很多？定義：由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性能不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。(ISO定義)因為貝殼是由碳酸鈣與基質(zhì)膠原復(fù)合而成的，使貝殼的強度提升了。復(fù)合材料的基體和增強體在材料中分別起什么作用？1、增強纖維因直徑較小，產(chǎn)生裂紋的幾率降低。2、纖維的表面受到基體的保護，不易在承載中 產(chǎn)生裂 紋，增大承載力。3、基體能阻止纖維的裂紋擴展。4、基體對纖維的粘結(jié)作用、基體與纖維之間的摩擦力，使得材料的強度大大提高。簡述復(fù)合材料的界面結(jié)合類型及其特點1、機械結(jié)合：借助增強纖維表面凹凸不平的形態(tài)而產(chǎn)生的機械鉸合和基體與纖維之間的摩擦阻力形成。2、溶解與浸潤結(jié)

18、合：液態(tài)或是粘流態(tài)基體對增強纖維的侵潤，而產(chǎn)生的作用力，作用范圍只有若干原子間距大小。3、反應(yīng)結(jié)合：基體與纖維之間形成界面反應(yīng)層。4、混合結(jié)合：上述三種形式的混合結(jié)合方式。材料工業(yè)污染產(chǎn)生的主要原因有哪些？材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有何對策？何謂環(huán)境材料？環(huán)境材料具有哪些特征？ 復(fù)合材料具有哪些特點？任意兩種材料是否都能制成復(fù)合材料？高比強度和高比模量 ，耐疲勞性高，抗斷裂能力強 ，減震性能好，高溫性能好，耐腐蝕性好，減摩性，耐磨性，自潤滑性，耐蝕性。懸浮液，氣溶膠，霧等含有氣相或液相的多相體系不能稱之為符合材料簡述復(fù)合材料基本結(jié)構(gòu)的特征并舉例說明復(fù)合材料的基本結(jié)構(gòu)由基體和增強相兩個組分構(gòu)成： 基體：

19、構(gòu)成復(fù)合材料的連續(xù)相；如:非金屬基（樹脂、橡膠、陶瓷），金屬基（如，鋼）。 增強相：復(fù)合材料中獨立的形態(tài),分布在整個基體中的分散相，這種分散相的性能優(yōu)越，會使材料的性能顯著改善和增強。 增強相一般較基體硬，強度、模量較基體大，或具有其它特性?？梢允抢w維狀、顆粒狀或彌散狀。 增強相與基體之間存在著明顯界面。 實例：玻璃鋼 玻璃纖維增強塑料輪胎 纖維增強橡膠鋼筋混凝土 陶瓷基復(fù)合材料玻璃鋼 常見復(fù)合材料有哪些？并說明各具有哪些性能和用途。增強劑 玻璃纖維（主要是SiO2），比強度和比模量高，耐蝕，絕緣?；w（粘結(jié)劑）熱固性的酚醛、環(huán)氧樹脂，熱塑性的聚脂。性能（與基體相比） ( 比 ) 強度，疲勞性

20、能，韌性，蠕變抗力高。用途 軸承，軸承架，齒輪，車身。碳纖維樹脂復(fù)合材料增強劑 碳纖維 ( 石墨 ) ，強度和彈性模量高，且2000以上保持不變；-180不變脆。 粘結(jié)劑（基體） 環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，聚四氟乙烯。性能（與基體相比） 密度比鋁低，強度比鋼，模量比鋁合金和鋼高，疲勞性能，沖擊韌性，耐蝕摩擦系數(shù)小，導(dǎo)熱性好，是一種新型結(jié)構(gòu)材料。用途 衛(wèi)星和火箭外殼、機架、天線構(gòu)架，齒輪，軸承，活塞，密封圈，化工容器。硼纖維樹脂復(fù)合材料是一種尖端復(fù)合材料增強劑 硼纖維, b=27503140MPa，E=382392MPa（4倍于玻纖）?；w 環(huán)氧樹脂等。性能 抗壓、剪切和疲勞強度高，蠕變小，硬度和彈性

21、模量高，耐輻射, 化學(xué)穩(wěn)定（水, 有機溶劑, 燃料, 潤滑劑）, 導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能好。用途 航空和宇航材料。硼纖維金屬復(fù)合材料基體 鋁鎂及其合金，鈦及其合金。性能 如鋁基復(fù)合材料的強度、彈性模量、疲勞極限高于高強鋁合金，比強度高于鋼和鈦合金 。用途 航空、火箭 。簡述纖維增強機理，并說明增強纖維起到強化基體作用需要具備哪些條件。機理：微細(xì)的增強纖維因直徑較小，產(chǎn)生裂紋的幾率降低；纖維在基體中，彼此隔離，纖維表面受到基體的保，護，不易受到損傷，不易在承載中產(chǎn)生裂紋，增大承載力；纖維在基體中，即使有些裂紋會斷裂，但基體能阻止裂紋擴展；由于基體對纖維的粘結(jié)作用以及基體與纖維之間的摩擦力，使得材料的強度大大提高。條件：增強纖維的強度和彈性模量應(yīng)比基體材料的高；基體與纖維之間要有一定的粘結(jié)力，并具有一定的強度；纖維應(yīng)有一定的含量、尺寸和分布；纖維與基體之間的線膨脹系數(shù)相匹配；纖維與基體之間有良好的相容性。簡述纖維增強的機理，并說明增強纖維與基體復(fù)合時應(yīng)注意有關(guān)強化的幾個問題。纖維增強的機理： 增強纖維應(yīng)制成細(xì)纖維，這樣才有利于提高纖維強度、改善脆性，降低裂紋發(fā)生率。 纖維處在基體中，彼此隔離，并受到基體保護，不易產(chǎn)生裂紋，從而使承載能力增加。 帶裂紋的纖維因受力斷裂時，基體能阻止裂紋擴展。 基體受載斷裂時，斷口不可能在一個平面