材料概论练习题答案-1

绪论

1.什么是材料？

答：材料是由一定配比的若干相互作用的元素组成、具有一定结构层次和确定性能，并能用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质 2.人类文明历史与材料发展的关系？

答：材料是人类文明的里程碑;材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础；人类的历史曾以使用的主要材料来加以划分。

3.材料按组成、结构特点可分为哪几类？ 无机非金属材料

水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料 金属材料

黑色、有色、特殊金属材料 高分子材料

塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂 复合材料

金属基、陶瓷基、树脂基、碳-碳材料 4.材料科学与工程的概念？

答：材料科学与工程是关于材料成分、结构、工艺和它们性能与应用之间有关知识开发和应用的科学。它是一个多学科的交叉领域，是从科学到工程的一个专业连续领域。同时材料科学与工程学科以数学、力学及物理、化学自然科学为基础，以工程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合、多学科交叉的新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学和工程学。 5. 日本专家岛村昭治将材料的发展历史划分为哪五代？ 答：旧石器时代 新石器时代 青铜器时代 铁器时代

高分子材料与硅材料时代 第二章 MSE的四个基本要素

1. 材料科学与工程的四个要素是什么？

答：组成， 结构，合成与加工，性质/使用性能

2.什么是材料的化学组成？相的概念？材料相的组成？

答：材料的化学组成：组成材料最基本、独立的物质，可为纯元素或稳定的化合物，以及其种类和数量；相：材料中具有同一化学成分并且结构相同的均匀部分称为相；组成材料的相的种类 和数量称为相组成 3.什么是材料的结构？

答：材料的结构是指材料的组元及其排列和运动方式。包含形貌、化学成分、相组成、晶体结构和缺陷等内涵。材料的结构决定材料的性能 4.材料的合成的概念？材料加工的概念？

答：合成：常常是指原子和分子组合在一起制造新材料所采用的物理和化学方法。合成是在固体中发现新的化学现象和物理现象的主要源泉。

加工：这里所指的是成型加工，除了上述为生产出有用材料对原子和分子控制外，还包括在较大尺度上的改变，有时也包括材料制造等工程方面的问题 合成与加工是指建立原子、分子和分子聚集体的新排列，在从原子尺度到宏观尺度的所有尺度上对结构进行控制以及高效而有竞争力地制造材料和零件的演变过程 5.材料的性能、材料的功能以及材料使用性能的含义？

答：材料的性能：合成与加工是指建立原子、分子和分子聚集体的新排列，在从原子尺度到宏观尺度的所有尺度上对结构进行控制以及高效而有竞争力地制造材料和零件的演变过程；材料的功能：指物质（材料）对应于某种输入信号时，所产生的质或量的变化，或其中某些变化会产生一定的输出，即能产生另一种效应。如压电效应，热电效应等。材料使用性能：是材料在使用条件下应用性能的度量，通常指材料在最终使用状态时的行为，是材料固有性质与产品设计、工程能力和人类需要相融合在一起的一个要素，必须以使用性能为基础进行

设计才能得到最佳的方案。

6.材料科学与工程四个要素之间的关系？ 答：材料的性质取决于其内部结构，只有改变了材料的内部结构才能达到改变和控制材料性能的目的，而材料的合成和加工工艺常常对材料的结构起决定性作用。

逻辑上的因果关系：合成与加工产生结构与成分，结构与成分具备材料性质，材料性质提供使用性能。 本章补充：合成是新技术开发和现有技术改进的关键性要素现代材料合成技术是人造材料的唯一实现途径；无论是为制造某种产品选择合适材料，选择最佳的加工工艺，正确地使用材料，还是改善现有材料或者研制新材料，都需要我们具有材料内部结构与性能的知识，都需要材料科学的理论指导．特别是新型材料，其主要特点是以科学为基础，与新技术、新工艺的发展有相互依存、相互促进的关系．

论述题（2题共30分，每题15分）

1． 加工与合成的定义和主要内容是什么？以及它们的关系是什么？发展方向是什么？ 答：“合成”与“加工”是指建立原子、分子和分子团的新排列，在所有尺度上（从原子尺寸到宏观尺度）对结构的控制，以及高效而有竞争力地制造材料与元件的演化过程。 合成是指把各种原子或分子结合起来制成材料所采用的各种化学方法和物理方向。 2． 加工可以同样的方式使用，还可以指较大尺度上的改变，包括材料制造。提高材料合成

与加工的技术水平是我们的最重要的课题。材料科学与工程的四要素是什么，它们之间的关系如何？ a) 使用性能 b) 材料的性质 c) 结构与成分 d) 合成与加工

第三章 金属材料

1. 区分几个重要概念：金属材料，合金，固溶体，金属间化合物，强度，韧性，塑性 答：金属材料(Metallic Materials)：纯金属和以纯金属为基体的合金材料的总称。合金(Alloy)：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成。固溶体(Solid solution)：合金组元间以不同比例相互混合形成的具有与某一组元相同晶体结构的合金（置换固溶体和间隙固溶体）金属间化合物（Intermetallics)：合金组元相互作用形成的具有自己独特的晶体结构和性质的新相。 强度(Strength)：材料在载荷作用下抵抗塑性变形或破坏的最大能力（屈服强度和抗拉强度）韧性：(Ductility)：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。塑性(Plasticity)：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。

2. 金属材料的主要特点和类型。

答：常温下是固体，熔点较高，密度较大，有光泽，延展性、韧性、可加工性好，导热性、导电性好，易氧化。类型：黑色金属、有色金属、特殊金属。 3. 炼铁、炼钢的主要原料、工艺及其作用。

答：炼铁：铁矿石、石灰石、焦炭、锰铁矿；炼钢：生铁、焦炭。工艺及作用：书上P167 4. 钢中合金元素的存在形式及其作用。 答：1. 溶入固溶体（铁素体、奥氏体），固溶强化。2. 溶入奥氏体，提高淬透性，形成更

多马氏体，提高强度。3. 形成稳定碳化物，加热时阻碍晶粒长大，细化晶粒。4. 形成稳定碳化物，具有高硬度，提高耐磨性。5. 形成稳定碳化物，弥散分布，弥散强化。6. 扩散慢，推迟回火转变，提高回火稳定性，在某些高合金钢中产生二次硬化。 1. 合金元素与铁的作用：溶于铁形成固溶体。 影响铁的同素异晶转变；

固溶强化——使钢的室温强度提高。 2 .合金元素与碳的作用

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 合金渗碳体 合金碳化物 第四章 无机非金属材料（1）

1.无机非金属材料主要包括哪些材料？它们有哪些主要特征？

答：陶瓷，玻璃，水泥，耐火材料。特征：熔点高，硬度高，强度高，耐高温，耐腐蚀，耐磨损，耐氧化，绝缘性好，脆性大，弹性模量大，化学稳定性好，一般为脆性材料。 2.陶瓷由哪些相组成？各相对陶瓷材料性能有何影响？

答：晶体相：陶瓷材料最主要的组成相其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性。玻璃相：玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构类似于玻璃。积极作用：填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度；阻止晶型转变、抑止晶粒长大。不利影响：陶瓷强度、介电常数、耐热性能。气相：坯体各成分在加热过程中发生物理、化学作用所生成的空隙。不利影响：降低材料的强度，是造成裂纹的根源。

（陶瓷定义：以粘土、长石、石英为主要原料，经过粉碎、混炼、成型、锻烧等制作的产品。广义陶瓷：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和产品的通称。） 3.简述特种陶瓷的定义。特种陶瓷与普通陶瓷有何区别？

答：定义：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行结构设计及控制制造的方法进行制造、加工的，具有特殊性能的陶瓷。 与普通陶瓷的区别 原料上：纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等，材料组成精确调配；制备上：突破了炉窑的界限，广泛采用真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段；性质上：特殊力学、物理和化学性能。 第四章 无机非金属材料（2）

8.硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成？

答：硅酸三钙 3CaO·SiO2 C3S 硅酸二钙 2CaO·SiO2 C2S 铝酸三钙 3CaO·Al2O3 C3A 铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3 C4AF 9.简述玻璃的定义及其具有哪些特性？

答：熔融体过冷制得的具有固体性质和一定结构特征的非晶态物质。特性：各向同性，介稳性，固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性，性质随成分变化的连续性和渐变性 10.按组成分类，玻璃是如何命名的？按应用分类，玻璃的主要种类及用途有哪些？

答：应用分：普通玻璃和特种玻璃，用途：日用玻璃，建筑玻璃，光学玻璃，玻璃纤维（普通玻璃）；辐射玻璃，激光玻璃，光纤玻璃，非线性光学玻璃（特种玻璃）。 11.简要介绍玻璃的生成工艺流程。

答：原料配制，熔制，成型（压制成型，吹制成型，拉制成型，延展成型，浇注成型，离心成型，烧结成型，喷吹成型，浮法成型），退火。 12.玻璃生产过程中退火起什么作用？ 答：将玻璃加热至一定温度进行热处理并采取适宜的冷却工艺制度，从而消除或减少玻璃在生产过程中因激烈、不均匀的温度变化而产生的热应力。 第五章 高分子材料

1. 区分几个重要概念：高分子，单体，玻璃钢，合成纤维，无机高分子，加聚反应，缩聚反应

答：高分子：有结构单元通过共价键的形式通过聚合反应重复连接而成的链状化合物，高分子也称聚合物或是高聚物，英文都是polymer。单体：通过聚合反应能制备高分子化合物的

物质称做单体。玻璃钢：以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。合成纤维：以简单化合物为原料,通过聚合或缩聚反应制成成纤高分子物，再通过纺丝和后处理加工制成纤维。加聚反应：由不饱和低分子化合物相互加成或由环状化合物开环连接成大分子的反应。缩聚反应：由具有两个以上官能团的低分子化合物聚合成高分子化合物，同时析出某些小分子物质(如水、氨、醇、氯化氢等)的反应。 2. 高分子及高分子材料的主要特点。

答：分子量多分散性，只有一定的范围，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）

没有固定熔点，只有一段宽的温度范围； 没有沸点和固定的熔点，分子间力很大，加热到200oC-300oC以上，材料破坏（降解或交联）。 链式结构

柔性分子链大部分高分子的主链具有一定的内旋转自由度。

由于这一突出特点，聚合物显示出了特有的性能，表现为“三高一低一消失”。既是：高分子量、高弹性、高黏度、结晶度低、无气态。

因此这些特点也赋予了高分子材料（如复合材料、橡胶等）高强度、高韧性、高弹性等特点。

3. 丁苯橡胶制备中进行硫化与增强的主要目的、方法及其作用。

答：目的：制品强度很低、弹性小、遇冷变硬、遇热变软、遇溶剂溶解等，无使用价值，通过硫化才能获得必需的使用性能。方法：加入惰性填料、增强填料等。作用：使线型橡胶分子交联形成立体网状结构。

4. 玻璃钢的基体与增强体，玻璃钢的特点及其作用。

答：基体：树脂；增强体：玻璃纤维。特点及其作用：(1)轻质高强

在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。

(2)耐腐蚀性能好

FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。

(3)电性能好

是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。 (4)热性能良好

FRP热导率低，室温下为1.25~1.67kJ/（m·h·K），只有金属的1/100~1/1000，是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在2000℃以上承受高速气流的冲刷。 (5)可设计性好

①可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，可以使产品有很好的整体性。

②可以充分选择材料来满足产品的性能，如：可以设计出耐腐的，耐瞬时高温的、产品某方向上有特别高强度的、介电性好的，等等。 (6)工艺性优良

①可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。

②工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。

5. 成纤高分子应该具备的条件、合成纤维的主要制备方法及合成纤维的优缺点。

答：条件：具备一定的分子量，分子结构(线形或支化度很低)，超分子结构具有取向并部分结晶，具有一定的耐热性，机械物理性能，化学稳定性以及一定的染色性 。制备方法：湿法纺丝，干法纺丝，熔融法纺丝。 优缺点：优点：强度高、弹性好、耐穿耐用、光泽好、化学稳定性强、耐霉腐、耐虫蛀；缺点：吸湿性差、耐热性差、导电性差、防污性差、易起毛起球、不易染色、腊状手感

6. 合成高分子的制备方法与主要合成工艺。

答：由小分子化合物单体制备聚合物的反应主要分为三类，它们 是缩合反应、加成反应和开环聚合。另一类是由一种聚合物经过适当的高分子反应也可转化为另一种高分子化合物。 合成工艺： 石油、天然气、煤炭等裂解成单体，单体聚合成高分子聚合物，高分子聚合物加工成高分子材料 本章补充：了解高分子发展史，高分子材料的分类。塑料、橡胶、纤维，称为三大合成材料 。了解橡胶（丁苯橡胶）、塑料、纤维等。了解聚乙烯（PE）、合成纤维、高分子（物理性能、热行为、力学状态、结晶、）。几种典型的高分子材料：聚乙烯（ＰＥ）、聚氯乙稀（ＰＶＣ）、聚苯乙烯（ＰＳｔ）、氟塑料、合成纤维。 第六章 复合材料

1.什么是复合材料？为什么主要成分为碳酸钙的贝壳强度要比同样组成为碳酸钙的粉笔要高很多？ 答：定义：由两种或两种以上物理和化学性能不同的物质组合而成的一种多相固体材料。(ISO定义)因为贝壳是由碳酸钙与基质胶原复合而成的，使贝壳的强度提升了。 2.复合材料的基体和增强体在材料中分别起什么作用？ 答：1、增强纤维因直径较小，产生裂纹的几率降低。

2、纤维的表面受到基体的保护，不易在承载中 产生裂 纹，增大承载力。 3、基体能阻止纤维的裂纹扩展。

4、基体对纤维的粘结作用、基体与纤维之间的摩擦力，使得材料的强度大大提高。 5.简述复合材料的界面结合类型。

答：1、机械结合：借助增强纤维表面凹凸不平的形态而产生的机械铰合和基体与纤维之间的摩擦阻力形成。

2、溶解与浸润结合：液态或是粘流态基体对增强纤维的侵润，而产生的作用力，作用范围只有若干原子间距大小。

3、反应结合：基体与纤维之间形成界面反应层。 4、混合结合：上述三种形式的混合结合方式。

第二章 材料科学与工程的四个基本要素

第一部分 填空题（10个空共10分，每空一分）

1． 材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、结构与成份和

合成与加工。

2． 材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。

3． 材料的强韧化手段主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。 4． 材料的物理性质表述为电学性质、磁学性质、光学性质和热学性质。 5． 材料的化学性质主要表现为催化性质和防化性质。

6． 冶金过程、熔炼与凝固、粉末烧结和高分子聚合是四种主要的材料制备方法。 7． 典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。

8． 固体中的结合键可以分为（4）种，它们是（金属键）、离子键、（分子键）、共价键。 9． 共晶反应式为：( L→α+β)，共晶反应的特点为：(一个液相生成两个固相)。 10． 11．

材料力学性能的硬度表征：布氏硬度、(洛氏硬度)、维氏硬度等。

马氏体的显微组织形态主要有：（板条马氏体）、（片状马氏体）两种。其中（板条

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