新型无机材料概论复习题

新型无机材料概论复习题

1.材料科学研究的四要素是什么？请举1-2例说明。 材料的合成与制备，成分与组成机构，特性和使用性能。 2.材料的分类当中，什么叫结构材料?什么叫功能材料？ 结构材料：着重于利用其力学性能的一类材料 功能材料：是指具有一种或几种特定功能的材料 3.按照化学键可以把材料分成哪几类？ 金属键，离子键，共价键，分子键。

4.陶和瓷是如何定义的？他们的显微结构有什么区别？

陶器：杂质多，一般而言，烧结温度低，烧结不充分，断面粗糙无光。 瓷器：成分较纯，烧结温度高，烧结充分，坯体致密细腻。

区别：陶器有较大的气孔率和吸水率，不透明；瓷器具有一定光泽，半透明，基本不吸水。

5.传统陶瓷和新型陶瓷如何区别？

传统的陶瓷是以粘土等非金属矿物为原料，经过高温烧结而得到的具有一定强度的固体材料。

新型陶瓷是以碳、硅、氧、氮、硼等元素的人工化合物为主要原料，改进和发展传统陶瓷工艺而获得的。

6.陶瓷材料的性能特点是什么？

（1）硬度高，一般为1000-5000HV；（2）耐腐蚀；（3）耐高温，熔点高，高温强度高，线膨胀系数很小；（4）耐磨损；（5）重量轻；（6）摩擦系数低：（7）电、磁、光、热特性； （8）脆性（或低韧性）。 7.什么叫高铝瓷和刚玉瓷？

Al2O3的含量大于46%时称为高铝陶瓷；Al2O3含量为90-99.5%时称为刚玉瓷。 8.氮化硅陶瓷粉体的制备方法有哪几种？

A、硅粉直接氮化法 3Si+2N2→Si3N4 ；B、硅亚胺分解法 SiCl4+6NH3→Si(NH)2+4NH4Cl ， 3Si(NH)2→Si3N4+N2+3H2 ；C、碳热还原氮化法 3SiO2+2N2+6C→Si3N4+6CO ；D、化学气相沉积法 3SiCl4+4NH3→Si3N4+12HCl 。 9.氮化硅陶瓷为什么很难烧结？采用什么方法来烧结氮化硅陶瓷？

氮化硅有强共价键，Si和N原子高温下的扩散系数很低，很难烧结。烧结氮化硅的主要困难是在所烧结的温度下，化合物要发生分解，达不到致密化的目的。

液相烧结法：反应烧结，无压烧结，气压烧结，热压烧结，热等静压烧结。 10.氮化硅陶瓷和塞龙陶瓷有什么区别和联系？

联系：Si3N4中的Si-N键部分地被Al-O取代而不改变Si3N4的晶体结构。

区别： 塞龙中部分共价键为离子键所代替，易于烧结，在性能上具有高硬度、韧性、

热稳定性和低的热膨胀系数(好的抗热冲击性)，以及对有色金属无粘合现象等特点，而氮化硅陶瓷的耐冷热急变能力很好，热导性较好，高温绝缘材料，化学稳定性强。 11.为什么反应烧结氮化硅可以精确制造各种复杂形状产品？

反映前后尺寸基本相同，又反映烧结，收缩小，气孔率10%~20%，尺寸精确，强度低。 12.举例说明碳化硅陶瓷的典型应用。

密封环、研磨介质、研磨盘、防弹版、喷嘴、磁力泵件和高温耐腐蚀部件。 13.碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷性能上的区别是什么？

区别：SiC陶瓷（1）高温强度高，耐氧化性好，耐磨性，耐酸碱性，线性膨胀系数比Si3N4小；（2）电学特性，有很高的电阻率和电导热率；（3）硬度高；（4）高温抗弯强度大。 Si3N4陶瓷（1）热膨胀系数小；（2）耐冷热急变能力好，导热性好；（3）电学性质，高温绝缘材料：（4）耐几乎所有的酸。

14.常用的防弹材料有哪些？各自的优缺点是什么？

金属、陶瓷、玻璃钢和“凯夫拉”。 金属材料具有高的硬度和韧性，但是硬度比陶瓷材料低，特别是密度大不能满足单兵和高灵活性的要求。玻璃钢具有高强度和低密度的特点，但是硬度低。“凯夫拉”这种材料密度低、强度高、韧性好、耐高温易于高温成型，但硬度低。陶瓷材料耐高温、耐腐蚀、硬度高和相对金属材料密度低的特点。

15.什么叫纳米材料？纳米材料的基本效应有哪些？简单举例说明纳米材料力学、热学、光学方面性能特点？

纳米材料是指微粒直径在1-100nm的超微粉末。 基本效应：小尺寸效应、表面效应、量子效应。

力学：摔不碎的陶瓷碗。热学：超细微化后，却发现其熔点显著降低，当颗粒小于10nm时尤为显著。光学：当黄金（Au）被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。

16.简述纳米材料常用的制备方法.

（1）液相制备法：沉淀法、水解法、溶胶凝胶(Sol-gel)法、微乳液法、溶剂蒸发法、非水介质中的原位合成法。(2)固相制备法：机械合成法、机械研磨法、机械反应球磨法。(3)气相制备法:气相物理蒸发法；气相化学反应法；化学气相凝聚法。

17.复合材料的基本设计思想是什么？基本组成部分是什么？常见的复合材料有哪几类？

基本设计思路：克服单一材料的缺点产生原来单一材料没有本身所没有的新性能。 基本组成部分：基体材料、增强材料

常见的复合材料：树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料。 18.什么叫碳碳复合材料？

碳/碳复合材料是指以碳或石墨纤维为增强体、碳或石墨为基体组成的一种高技术新型复合材料。

19.什么叫梯度功能材料？其组成和显微结构有什么特点？

梯度功能材料:依使用要求选择两种不同性能的材料，采用先进的复合技术使中间部分的组成和结构连续地呈梯度变化，而内部不存在明显界面，从而使材料的性能和功能沿厚度方向呈梯度变化的一种新型复合材料。

组成和结构连续的呈梯度变化；内部不存在梯度变化。

20.什么叫敏感陶瓷？敏感原理是什么？分为哪几类？日常生活中楼宇控制与安全防护要用到哪几类敏感陶瓷制成的器件？

敏感陶瓷是指电参量随环境的物理、化学参量变化而变化的陶瓷材料。

敏感原理：陶瓷是由晶粒、晶界、气孔组成的多相系统，通过人为的掺杂，可以造成晶粒表面的组分偏离，在晶粒表层产生固溶、偏析及晶格缺陷等。另外，在晶界处也会产生异质相的析出、杂质的聚集、晶格缺陷及晶格各向异性等。这些晶粒边界层的组成、结构变化，显著改变了晶界的电性能，从而导致整个陶瓷电学性能的显著变化。

分类：1）物理敏感陶瓷；2）化学敏感陶瓷；3）生物敏感陶瓷。 21.分别指出下列复合材料的复合方式。

a)层叠复合 b)连续纤维复合 c)细粒复合 d)短切纤维复合 22.为什么同样组成的材料，其晶须的强度高于块体材料的强度？

晶须有增强韧性的作用，它既保留了陶瓷基体的主要特征，又通过增强增韧的作用，改善了陶瓷基体的性能，合理的界面状态和干发挥晶须作用，获得优越性能。 23.简要描述正温度系数电阻（PTC）控制温度的原理是什么？

随着温度升高阻值增强。 在晶格中有一定数量产生导电性的自由电子。低温时晶界上高的介电常数和自发的极化强度阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动。而在高温时，介电常数和极化强度大幅度地降低，导致势垒形成及阻碍了电子自由流动，呈现出电阻大幅度地增高。

24.请从下图分析金属材料和无机非金属材料性能的特点。

天然金刚石 PCBN PCD 耐磨

氧化物陶瓷 硬质合金涂层 超细粒状硬氮化物陶瓷 WC硬质TiN涂层高速钢

断裂韧性

刀具材料的耐磨性与断裂韧

非金属材料断裂韧性低，耐磨性高，金属则相反。 25.简述梯度功能材料与普通材料在研究思路上的重大差别。

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