材料科学与工程导论课后习题答案 杨瑞城 蒋成禹

第一章 材料与人类

1.为什么说材料的发展是人类文明的里程碑？

材料是一切文明和科学的基础，材料无处不在，无处不有，它使人类及其赖以生存的社会、环境存在着紧密而有机的联系。纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产和人类生活带来巨大的变化。

2.什么是材料的单向循环？什么是材料的双向循环？两者的差别是什么？ 物质单向运动模式：“资源开采-生产加工-消费使用-废物丢弃” 资源开采 冶金等初加工 原材料 工业原料 地球 进一步加工 组合加工制造 人类使用后失效 工程材料 废料 产品

双向循环模式：以仿效自然生态过程物质循环的模式，建立起废物能在不同生产过程中循环，多产品共生的工业模式，即所谓的双向循环模式（或理论意义上的闭合循环模式）。 地球 综合利用变为无害废物 综合利用变为无害废物 工业用原料 原材料 经过人类处理重新利用后的无害废物 工程材料 产品 废料 差别：单向循环必然带来地球有限资源的紧缺和破坏，同时带来能源浪费，造成人类生存环境的污染。

无害循环：流程性材料生产中，如果一个过程的输出变为另一个过程的输入，即一个过程的废物变成另一个过程的原料，并且经过研究真正达到多种过程相互依存、相互利用的闭合的产业“网”、“链”，达到了清洁生产。

3.什么是生态环境材料？

生态环境材料是指同时具有优良的使用性能和最佳环境协调性能的一大类材料。这类材料对资源和能源消耗少，对生态和环境污染小，再生利用率高或可降解化和可循环利用，而且要求在制造、使用、废弃直到再生利用的整个寿命周期中，都必须具有与环境的协调共存性。因此，所谓环境材料，实质是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料，它是材料工作者在环境意识指导下，或开发新型材料，或改进、改造传统材料，任何一种材料只要经过改造达到节约资源并与环境协调共存的要求，它就应被视为环境材料。

4.为什么说材料科学和材料工程是密不可分的系统工程？

材料科学与工程的材料科学部分主要研究材料的结构与性能之间所存在的关系，即集中了解材料的本质，提出有关的理论和描述，说明材料结构是如何与其成分、性能以及行为相联系的。而另一方面，与此相对应，材料工程部分是在上述结构-性能关系的基础上，设计材料的组织结构并在工程上得以实施与保证，产生预定的种种性能，即涉及到对基础科学和经验知识的综合、运用，以便发展、制备、改善和使用材料，满足具体要求。两者只是侧重点不同，并没有明显的分界线，一般在使用材料科学这一术语时，通常都包含了材料工程的许多方面；而材料工程的具体问题的解决，毫无疑问，都必须以材料科学作为基础与理论依据，所以材料科学与材料工程是一个整体。

5.现代材料观的六面体是什么？怎样建立起一个完整的材料观？

材料科学与工程研究材料组成、性能、生产流程和使用效能四个要素，构成四面体。 成分、合成与加工、结构、性能及使用效能连接在一起组成一个六面体。

6.什么是材料的使用效能？

指材料在使用条件下的表现，如使用环境、受力状态对材料特征曲线以及寿命的影响。效能往往决定着材料能否得到发展和使用。

7.试讲一下材料设计与选用材料的基本思想与原则？

材料设计是应用已知理论与信息，预报具有预期性能的材料，并提出其制备合成方案。材料设计可根据设计对象所涉及的空间尺度划分为显微结构层次、原子分子层次和电子层次设计，以及综合考虑各个层次的多尺度材料设计。

从工程角度，材料设计是依据产品所需材料的各项性能指标，利用各种有用信息，建立相关模型，制定具有预想的微观结构和性能的材料及材料生产工艺方法，以满足特定产品对新材料的需求。

选材原则：1）胜任某一特定功能；2）综合性能比较好；3）材料性能差异定量化；4）成本、经济与社会效益；5）与环境保护尽可能地一致，即对环境尽可能友好。 选材思想：设计-工艺-材料-用户最佳组合的结果

第二章 工程材料概述

工程材料分为：金属材料、陶瓷材料、聚合物材料、复合材料以及不宜归入上述四类的“其他材料”。

1.什么是黑色金属？什么是有色金属？

黑色金属主要是指钢铁和其他铁基合金，以及铬、锰及其合金，以其他金属为基的合金称为有色金属或称为非铁合金。二者总称为金属材料。

2.碳钢和合金钢如何分类？

含碳量不同：w（C）<0.25% 低碳钢；w（C）=0.25%~0.55% 中碳钢；w（C）>0.55% 高碳钢；

用途：结构钢：制造各种金属构件和机械零件；工具钢用来制造各种刃具、模具和量具； 质量等级：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢（杂质元素或缺陷程度不同） P14 各种牌号

合金钢用途分类：合金结构钢、合金工具钢和特种性能钢（特殊钢） 按化学成分分类，可分为锰钢、铬钢、铬镍钢等。

合金元素的质量分数：低合金钢（合金质量分数低于5%）、中合金钢（5%~10%）和高合金钢（大于10%）

热处理后显微组织分类：珠光体钢、贝氏体钢、铁素体钢等

特殊钢主要包括各类不锈钢，其他还有耐热钢、抗氧化钢、耐磨钢

3.铸铁材料是怎样分类的？应用时怎样选择？

铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金，同时含有较多的Si、Mn和其他一些杂质元素，为了提高铸铁的性能，加入一定量的合金元素，称之为合金铸铁。同钢相比，铸铁熔炼简便，成本较低，具有优良的铸造性能、很高的耐磨性、良好的减震性能和切削加工性能，且缺口敏感性低等特点。因此铸铁广泛用于机械、冶金、石化、交通、建筑、国防等领域。

白口铸铁 室温组织的碳全部或绝大部分以化合物渗碳体Fe3C存在，断口呈银白色，称白口铸铁。性能硬而脆，难以加工，很少应用。

灰口铸铁 碳全部或大部分以片状石墨形式存在，组织中没有硬脆的莱氏体。断口呈暗灰色。 价格低廉，容易切削加工，可用于制造汽缸、泵体、支座以及机床床身等。

球墨铸铁 石墨为球状的铸铁 综合力学性能好，可用于制造一些重要的机器零件，如曲轴、凸轮轴、齿轮等。

可锻铸铁 碳以团絮状石墨形式存在。 高强度铸铁，制造一些形状复杂，承受冲击载荷的薄壁小件。

蠕墨铸铁 组织为钢基体上分布着蠕虫状石墨。制造工作温度较高或是具有较大温度梯度的零件，如大型柴油机汽缸盖、制动盘、排气管、钢锭模、金属型等。

合金铸铁分为耐磨铸铁：制造机床导轨、汽车发动机缸套等零部件。 耐蚀铸铁主要用于化工部门、造船部门使用的管道、阀门、泵类等零件。

4.铜合金在工程中怎样应用？

纯铜的机械性能较低，为满足制作工程结构的要求，加入不同的合金元素制成铜合金，实现固溶强化、时效强化和过剩相强化，从而提高其性能。

黄铜 （Cu—Zn合金）、青铜（Cu—Sn合金）、白铜（Cu—Ni合金）。

5.钛合金为什么耐蚀？钛合金主要应用在那些领域？ 钛在大气中极易形成氧化钛薄膜，因此在很多介质中有极高的抗腐蚀性，特别在海水中不腐蚀。

广泛应用于航空、航天领域以及大量民用工程，如高尔夫球具、人造关节、牙齿等。

6.环境材料的内涵是什么？

具有优良性能、与环境相协调、有利于环保的一类材料。

分为天然材料（如木制材料等）、循环再生材料、低环境负荷材料以及环境功能材料。

7.陶瓷材料是如何分类的？

陶瓷可定义为经过高温处理所合成的无机非金属材料。 传统陶瓷按用途可分为 日用陶瓷、建筑陶瓷等。

现代陶瓷按性能和应用范围又可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷等。

8.什么是结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷？试列举各自典型材料及主要应用。 结构陶瓷：作为结构部件的特种陶瓷 1.氧化铝陶瓷

是一种以Al2O3为主要成分的陶瓷，其中Al2O3的质量分数在45%以上。根据Al2O3的质量分数大小又可分为75瓷、95瓷、99瓷，它们的质量分数分别是75%、95%、99%。75瓷属于刚玉-莫来石瓷，95、99瓷属于刚玉瓷。刚玉瓷的性能最佳，但生产工艺复杂，成本高。刚玉-莫来石瓷性能较差，但成本低。

优点：1）很高的机械性能和介电性能2）耐高温；3）化学稳定性好，耐酸碱，且高温下也不会氧化；4）优良的电绝缘性能，特别是高频下的电绝缘性能好。

缺点：脆性大，不能承受冲击载荷，且抗热震性差，不能承受突然的环境温度变化。

氧化铝陶瓷应用：纺织用的导线器及火箭用的导流罩，氩弧焊机的气体罩、喷砂用的喷嘴、熔化金属的坩埚、高温热电偶套管、火花塞。 2.氮化硅陶瓷

氮化硅是六方晶系的晶体，有α-Si3N4和β-Si3N4两种。反应烧结的氮化硅是以α-Si3N4为主晶相；热压烧结的氮化硅以β-Si3N4为主晶相

性能：1）良好的化学稳定性，除HF以外，耐各种无机酸和碱溶液复试，也能抵抗熔融非铁金属的侵蚀；

2）优异的电绝缘性能；

3）硬度高，耐磨性好，摩擦系数小，且本身具有自润滑性； 4）热膨胀系数小，优异的抗高温蠕变性能，抗热震性能好

应用：高温轴承；测量铝液热电偶套管的理想材料；冶金和热加工工业的广泛应用。 3.碳化硅陶瓷

性能：1）高温强度大；2）常温硬度高，耐磨性好；3）耐蚀性强，与各种酸都不起作用；4）导热能力强

应用：1）火箭尾喷管的喷嘴；2）燃气轮机叶片，轴承；3）高温下热交换器，如核燃料的包封材料；4）耐磨，可制作各种泵的密封圈。 4.六方氮化硼

性能：1）良好的导热性和热稳定性；2）良好的电绝缘性，高温介电强度高；3）良好的化学稳定性；4）硬度低，自润滑性

应用：1）理想的高温绝缘和散热材料，热电偶套管，半导体散热绝缘零件；2）耐热耐腐蚀，制成高温构件，如火箭燃烧室内衬；3）粉状六方氮化硼可作耐高温、高载荷、耐腐蚀的润滑剂，在玻璃和金属成型中做脱模剂。

工具陶瓷

1.硬质合金：又称粘结碳化物，它是由金属粘结相和碳化物硬质相组成的粉末冶金材料，也属于复合材料。其中硬质相主要成分是WC、TiC，其次是TaC、NbC、VC等。粘结金属用铁族金属及其合金，以钴为主。

成分与性能

碳化物硬质相是硬质合金的骨架，起坚硬耐磨的作用，Co作为粘结相，使材料具有一定的强度和韧性，随着含Co量的增加，硬度下降，而强韧性增加。粗加工选用Co高的合金，精加工选用Co低的合金。

三类普通硬质合金：YT类 适合加工韧性材料；YG类适合加工硬脆材料；YW类都可以，万能硬质合金。

性能：与工具钢相比，室温硬度较高，热硬性好，耐磨性好，刀具切削效率高。

由于硬度太高，性脆，很难机械加工，因而普通硬质合金常制备成刀片，镶在刀上使用。 应用：刀具材料 低钴（w（Co）<10%）普通硬质合金用于车刀、铣刀、转头；

矿山工具 中钴（w（Co）=10%~25%）普通硬质合金主要用于制作中硬和硬岩冲击回转钻进钻头；低钴硬质合金用于制作地质和石油钻探中的旋转钻进钻头。

模具和量具 中钴普通硬质合金用于制作拉伸模、拉拔模等；高钴硬质合金可用于制作冲击负荷较大的挤压模、冷镦模、冲压模等。

高硬度的结构件，如喷嘴、轴承；在尖端技术方面，火箭头，人造卫星返回大气层防燃烧的遮板等。

2.金刚石

性能：自然界硬度最高，极高弹性模量，导热率最高，极好的绝缘性，电子和空穴的迁移率高，掺入硼可制造半导体；热敏、透红外光等物质性质及良好的耐蚀性。 应用：刀具、工具、结构、功能材料

3.立方碳化硼

性能：很高的硬度、抗压强度、热稳定性、化学惰性和极好的导热性。

应用：刀具，模具，也可制成拉丝模、散热片，中子遮蔽窗口和高温半导体。

9.功能陶瓷是怎样定义的？

通过光电磁力热、化学、生物化学等作用后，具有特殊功能的陶瓷。

10.高聚物材料是怎样分类的？

11.塑料有哪些特性？热塑性塑料主要有哪几种？热固性塑料主要有哪几种？ 12.什么是橡胶?它是怎样分类的？

13.合成纤维有哪些特性？主要用途是什么？ 14.胶黏剂有哪些作用？涂料有哪些用途？

3.三大类材料的结晶倾向如何？原因何在？

金属晶体：面心立方、体心立方、密排六方 这是因为金属键具有无方向性的性质，且每个阵点只有一个原子的缘故

陶瓷材料一般是离子晶体，也有的是共价晶体 适应键型、离子尺寸差别和原子价引起的种种限制

4.晶体的周期性结构如何进行几何描述？晶体结构与空间点阵的相互关系如何？ 在探讨晶体结构时，可以把结构设想为在所有方向上都能延伸到无穷远处。原子在空间中分布规律性的基本定义就是空间点阵的基本定义。以几何点代替具体的粒子就是空间点的阵列，如果每一个阵点都具有相同的环境，阵点在三维空间的分布就形成了一个空间点阵 空间点阵是晶体结构的几何抽象 5.三大类材料原子空间排列的主要倾向如何？并简要分析其原因。 6.掌握三种最简单晶体结构的特征（晶胞原子数、致密度、配位数、密排面与密排方向等）。 面心立方 体心立方 密排六方 晶胞原子数 4 2 4 致密度 0.74 0.68 0.74 配位数 12 8 12 密排面 ｛111｝ 无 （0001）（0002） 密排方向 <110> <111> <1120>或<100><110> 7.陶瓷材料的结构特性是什么？是如何构造起来的？了解陶瓷材料比较简单的几种晶体结构。

大多数陶瓷材料是金属与非金属元素之间的化合物所构成的多晶固体材料，它们的原子键结合方式是部分或整个是离子键。大多数陶瓷材料都是由离子键构成的离子晶粒，也有由共价键组成的共价晶体。构成离子晶体基本质点之一的非金属元素的原子半径大，它们的原子排列可以是各种不同的晶系，从而组成离子晶体的骨架，金属原子直径小，它藏在非金属原子的间隙之中，这样可形成配位四面体或八面体

金刚石型立方结构、氯化钠和氯化铯结构、晶态氧化硅 8.晶体中存在哪几种不完整性？它们的主要意义何在？

点缺陷：在三维空间中各方向上的尺寸很小，故又称零维缺陷，如空位、间隙原子、杂质原子、色心等。 点缺陷：杂质原子

共价晶体中的置换杂质，通常引起并存的电子缺陷，从而明显地改变材料的导电性。

例如，半导体材料鍺（四价）中含有五价砷或三价镓，在键合轨道上会多出一个自由电子或电子空穴，两类电子缺陷都可以运动，因此导电率增加。 离子晶体也允许置换杂质，但条件是保持电中性。

例如Ca2+置换了两Na+离子，却只占据一个位置。于是，这种杂质创造了另一种称为阳离子空位的缺陷。它对离子晶体的电学性质有影响，加电场时，阳离子空位会反复地与相邻阳离子交换位置而产生电流。当然在这种情况下，导电相当于带正电荷阳离子的运动。

点缺陷：空位与自间隙原子

空位是晶体中没有被占据的原子位置，而自间隙原子是晶体本身的原子占据了间隙位置。 产生空位原因：晶体中原子热振动，一些原子的动能大大超过给定温度下的平均动能而离开原来的位置，造成原位置原子的空缺。温度升高，凝固过程中的塑性变形以及高能粒子辐射

也促进空位的形成。

自间隙原子分为三种：当一个原子离开点阵正常位置（从而产生一个空位）并挤入一个间隙位置时所产生的一对点缺陷称为弗兰克尔缺陷；肖脱基缺陷，即正负离子空位；正负自间隙原子呈中性

点缺陷周围的点阵畸变提高了金属的强度，其他材料的点缺陷直接影响导电等性质。另一方面，点缺陷（如空位）的一个非常重要的特点是它们能够与相邻原子交换位置而运动，这使得在较高温度时可以在固态中进行迅速迁移，即进行扩散。

线缺陷：在三维空间中两个方向尺寸很小，而另一个方向上尺寸较大，故又称一维缺陷，位错就是这种缺陷。从晶体塑性变形角度，当晶体的一部分相对于另一部分在切应力作用下进行相对运动或滑移时，晶体的已滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错。 对晶体材料的许多现象与行为，如金属的相变、扩散、再结晶、蠕变与断裂等起着重要作用。

面缺陷：在三维空间中一个方向尺寸很小，另两个方向尺寸较大，故又称二维缺陷，如晶界、亚晶界、相界、层错、孪晶界、有序畴界、生长层、胞壁、磁畴界等。

细化晶粒，增大界面面积是强化金属、陶瓷材料的重要强化手段；界面还往往是相变的发源地，界面与表面又是原子扩散的快速通道；晶界对于透明陶瓷的透光性能有很大应先，晶粒细小，尺寸接近均一、晶界处无杂质是透明陶瓷获得高度透光性的重要条件。

体缺陷：在三维空间中三个方向上尺寸较大，故又称三维缺陷，如沉淀相、夹杂物、空洞等。

9.举例说明材料中原子排列是如何影响材料的行为与性能的。

金属密度大，是因为金属键无方向性，可以达到密排堆积，而聚合物及陶瓷是共价键或离子键，不可以达到密排，且组成它们的原子（C、H、O）较轻，所以密度较小。 在离子和共价晶体中，结合键的性质常对力学性能起着更重要的作用，而原子排列的影响成为次要；金属晶体中，晶体结构因素对力学性能则起着重要作用。 高聚物中链结构对其性能影响？

1）高聚物由于分子量很大，是由数量巨大的原子化学键合而成，其与低分子物质相比有一定的机械强度。

2）高聚物主链上的原子以共价键结合，纵向延伸即成长链，长链是柔软的，可以任意弯折，多条长链的聚合，使长链之间具有相互作用，使得强度提高，柔性下降。

3）非晶态聚合物中相邻的分子链靠范德瓦尔斯力凝固起来的，比较弱，所以熔点，强度低；若链与链之间是共价键合，即交联，聚合物的强度会提高。

1）链状硅酸盐的链内离子键结合，使材料具有较高的硬度和强度，但是链与链之间的结合没有链内原子间的结合那样强，故受力后容易断裂，即平行于硅酸盐链方向的破坏。有时链间是由分子链和离子键共同结合的，常呈细长纤维状形态，则易以纤维状进行分离。

2）层状结构的硅酸盐，由于层与层之间结合很弱（分子键），很容易发生断裂。云母易剥裂成片，滑石具有润滑性，它们都与这种结构排列有关。

3）网状结构则是硅—氧四面体以三维方向相互结合的结果。实际上它是分子式为（SiO2）n的巨大分子，由于其共价键的空间立体网络，因此具有高硬度

4）若为玻璃态，则硅酸盐材料也会具有非晶的一些性质，如各向同性。

位错会阻碍晶体的塑性变形，由于陶瓷材料键合特点，位错阻力特别大，故又脆又硬。

第六章 固体材料热力学状态：自由能、相图、相与组织

1.影响材料系统自由能的两大因素是什么？对于材料系统产生什么具体影响？ 温度：在某温度下存在的相相对于其他相来说都是自由能最低的。自由能数值的相对大小决定了任一相的稳定性。

成分:它是各个组元的相对质量分数，与化学势息息相关，反应都是向降低化学势的方向进行。

2.试分析自由能曲线与材料相图的关系。

由已知的自由能-成分曲线可以将相图作出来。通过热力学计算作出各温度下的自由能-成分曲线。再根据公切线法则，找出平衡相的成分，然后综合画在一张温度-成分坐标图上，即得到相图。自由能-成分相图 还可用来判断和估算与各种反应相对应的自由能变化。

3.分析材料相图的含义和工程意义。

相图亦称为状态图或平衡图，是用几何的方式来描述处于平衡状态（非平衡态一般不适用）下材料的成分、相和外界条件的相互关系。 相图主要用于金属材料与陶瓷材料领域。相图是研究这些材料中各种微观结构及其变化规律的有效工具，它简练地描绘了平衡条件下的材料状态，为冶金及材料工作者提供了有益的资料。

工程意义：1)随着科学技术的发展，各行业对材料的要求也越来越高，实际材料很少是纯元素的，而是由多种元素组成，要弄清楚组元间的组成规律，了解什么成分在什么条件下形成什么相，因而相平衡关系的研究就成为使用和研制材料的理论基础.

2)合金在加工、处理之后的组织状况也可用相图作为分析依据或参考资料。

3)在科研及生产实践中，相图是研制新材料、正确选择和制定合金的熔炼、铸造、压力加工和热处理工艺，还有陶瓷材料的烧结工艺，以及进行材料各种状态金相分析的重要工具。

4.试分析相与组织两者概念上的差异与相互间的联系。

组元是组成材料最基本、独立的物质，组元可以是纯元素，也可以是稳定化合物。金属材料的组元多为纯元素，陶瓷材料的组元多为化合物。 材料中具有同一化学成分且结构相同的均匀部分叫相。

材料内部的宏观与微观形貌称为组织，这些组织一般可借助仪器直接观察到。

组织是与相有密切联系的概念，它实际上是指各个晶粒或各种相所形成的图案（形态或形貌）。在不同条件下，相的晶粒大小、形态及分布会有所不同，从而材料内部会呈现不同的微观形貌。因而同样的相可以形成不同的组织。

5.陶瓷材料与金属材料都有哪些主要组成相，说明它们的性质与作用。 金属材料中有固溶体和化合物两类基本组成相。 置换固溶体：溶质原子取代溶剂晶格某些结点上的溶剂原子而形成的固溶体。当溶质原子与溶剂原子的直径、电化学性质比较接近时，一般形成置换固溶体；可以为有限或者无限固溶体。

间隙固溶体：溶质原子进入溶剂晶格中的间隙位置而形成的固溶体。当溶质原子直径远小于溶剂原子时，一般形成间隙固溶体。溶解度小，为有限固溶体

固溶体的强度、硬度高于其溶剂组元，产生了强化效果。塑形、韧性变化不大。因而固溶体

具有较好的综合机械性能（一定的强度及很好的塑性），良好的塑性成形性能，常作为金属结构材料中的基本组成相（基体）。

化合物是金属材料中组元之间相互作用而生成的新相，其晶体结构与溶剂、溶质均不同。 分类：

化合物可以是金属原子与某些非金属原子形成的化合物，也可以是组元金属与金属之间的形成的化合物，称为金属间化合物。

金属材料中可能出现的化合物按它们的结构又可分为间隙化合物、正常价化合物、电子相化合物。

金属材料中的化合物的熔点、硬度较高、脆性较大，这是因为除金属键外，它们之中尚含相当成分的离子键或共价键，但如果它以较少数量与韧性的固溶体适当搭配，可以作为强化相。因此，合理控制合金中化合物的数量、尺寸、分布，可以极大地改善合金性能。

陶瓷材料有晶相、玻璃相、气相

晶相是陶瓷材料的基本组成部分；组成陶瓷晶相的晶体通常有三类：氧化物（如氧化铝、氧化钛等）；氧酸盐（如硅酸盐、钛酸盐等）；非氧化合物（金属碳化物、氮化物、硼化物）。 晶相进一步可分为主晶相、次晶相、第三晶相等，材料的性质主要由主晶相决定。

玻璃相是陶瓷烧结时各组成物和杂质产生一系列物理化学反应后所形成的液相冷却而形成的。玻璃相为非晶态，排列无序，低熔点固体。 作用主要为将分散的晶相粘结起来；降低烧结温度与改善工艺性；抑制晶体长大以及提高陶瓷材料的致密程度。

缺点：由于其组成不均匀，会使材料的物化性质不均匀；玻璃相的机械强度比晶相低一些，热稳定性也差一些，在较低温度下便开始软化；玻璃相过多，陶瓷的熔点也降低。

气相是指陶瓷空隙中的气体，也就是陶瓷组织内部残留下来的孔洞。 会降低陶瓷的强度。

6.归纳单相、多相组织形貌特点。 单相中球状晶粒很少，等轴晶是晶粒完全填满空间而同时保持最小的晶界总面积，除了等轴晶，还有片状、柱状、枝状的。

两相合金的组织状态与性能：是指组成合金的相（类型与性质）、各相的相对量、相的形状及分布特征等。

两相合金中第二相的分布与形状

两个相各自成为等轴晶粒，这一般是在两个相均是固溶体且数量较多的情况下产生的，这时两者均匀地分布在一起，合金的机械性能是两个相或两种“组织”性能的加权平均值，合金总的性能通常是具有一定的强度、较好的塑性、韧性。另一方面，如果第二相是化合物，而且体积百分数较大，则会使合金显示出极大的脆性，甚至无工业应用价值。在更多情况下，较少数量的第二相以球状、点状或短片状等均匀地分布在固溶体的晶粒内，这时尽管化合物的数量并不很多，但它将起强化基体相的作用，从而提高材料的机械强度。但与此同时，材料的塑性、韧性必将下降。

第七章 固体材料的动力学过程：激活、扩散及相关的材料行为

1.动力学方法可在材料中处理哪几方面的问题？动力学过程的三原理是什么？ 1）研究制备和处理材料的过程；2）合金性能表征的过程；3）使用材料的过程

1）沿着能量降低的方向发生；2）遵循阻力最小的途径进行；3）过程的结果是适者生存。

2.何为亚稳态？举例分析亚稳态的性质。

亚稳态：在热力学上虽然不稳定，但由于某种原因而能暂时或长期存在的状态。 要转入稳定的状态，必须获得必要的附加的能量来越过一定的能垒。

3.写出玻尔兹曼分布和阿伦尼乌斯定律的表达式？分析决定反应速度的主要因素。 玻尔兹曼分布：N/NT?exp(?q/KT)材料中原子数N（具有大于q的能量）与NT（材料中原子总数）之比等于exp（-q/KT）。显然温度越高，N/NT越大；q越大，N/NT就越小。 决定反应速率的主要因素是任一时刻下能量具有等于和大于激活能Q的原子数目，这个数目是由材料的能量分布来决定的，遵循麦克斯韦—玻尔兹曼定律。

阿伦尼乌斯定律：V?Aexp(?Q/KT)，A表示与温度无关的速度常数，R为气体常数，V为反应速率，Q是激活能。

原子间的反应速率取决于参与反映的原子中能量为Q或更高的原子数目。阿尼乌斯定律适用于任何热激活的反应，其速度取决于Q和T。

4.写出Fick第一定律与第二定律。说明如何进行一般的工业应用。 菲克第一定律：J??D?C 即扩散通量J与该截面处的浓度梯度成正比。D为扩散能力，?x常称扩散系数，负号表示扩散从高浓度向低浓度进行。 菲克第一定律适用于在各区域浓度不随时间而改变情况下所发生的扩散（称稳态扩散或稳定扩散） 菲克第二定律：?C???C??D，式中?C?t表示浓度随时间的变化率。可见，非稳态???t?x??x?扩散条件下，浓度随时间的变化正比于浓度梯度的变化，而不是浓度梯度本身。由此可推知，

在开始扩散时，浓度梯度变化较大，故浓度随时间变化较快，越到后来，这个变化就越慢，所以材料通过扩散达到均匀化，需要很长时间。 工业应用：将低碳钢通过渗碳达到某种较高浓度水平，或将带有成分偏析的铸件处理到某一相对比较均匀的程度。

5.原子扩散的主要机制是什么？各自的应用范围、激活能及扩散的快慢如何？ 空位扩散机制是扩散原子跳入空位，同时有空位移动与之配合。实现空位机制的条件是扩散原子的近邻应当有空位，同时空位周围的原子还必须具有超过能垒的能量。 这种扩散的激活能由原子跳动激活能和空位形成能两部分组成。

在体心立方金属（自扩散）和合金置换固溶体（互扩散）中，空位机制扩散占主导地位。在许多面心立方、密排六方金属或合金，以及离子化合物和氧化物中也常有这种扩散。

间隙扩散：在间隙固溶体中，晶体结构中存在小的间隙原子，这些溶质原子尺寸较小而易动，该原子从一个间隙位置跳到另一个间隙位置的扩散即为间隙扩散。这一机制不需要空位，而

且相比之下溶剂原子的扩散可以忽略。

激活能就是溶质原子发生跳动时所需的额外能量，因而必然比空位机制要小。 扩散速度 是间隙扩散大于空位扩散

应用范围：C在γ-Fe或α-Fe中就是这种机制。

6.扩散系数D与激活能Q及温度T的关系如何？与阿伦尼乌斯定律有何关系，并举二、三例说明扩散的工业应用。

温度越高，D越大，即扩散速度越大 激活能越大，扩散速度越慢。

半导体的掺杂、钢件表面渗碳

7.试分析离子晶体、共价晶体和聚合物中扩散的特点。

离子晶体：1）不同于金属和合金，原子可以运动并进入附近的任何点阵空位或间隙位置，，离子材料的扩散离子只能进入具有同样电荷的位置。

2）与金属相比，离子材料的扩散激活能高而扩散速率低，而且其扩散过程远比金属中复杂 3）阳离子扩散系数比阴离子大。

4）大多数离子晶体的扩散是按空位进行的，也有少部分是间隙扩散 影响扩散的缺陷来自1）本征点缺陷2）掺杂点缺陷

共价晶体：扩散和互扩散仍以空位机制为主

特点：方向性的键合使共价晶体的扩散激活能高于熔点相近的金属的激活能。 应用：半导体的掺杂是扩散在工业上的应用。

8.说明相变的条件、生核方式及固态相变的一般特点。 相变的结果产生了一个与起始相性质大为不同的相，所产生的相通常具有与原始相不同的晶体结构。

条件：相变的产生需要相对于平衡温度有一定的过热过冷程度；相变之后自由能降低 生核方式：均匀形核：晶核在母相的微小体积中直接地自发形成。 不均匀形核：晶核在母相中依附于未溶的杂质表面或型壁而形成的。

固态相变特点：1）仍然是生核与长大的过程。固态反应非常缓慢，并经受较大的热滞后，实际上很少真正达到平衡状态；

2）在非自发形核方面，除了外来颗粒以外，母相固态结构上的特点给形核带来催化作用，如点缺陷、线缺陷及面缺陷以及局部的高应变区；

3）转变时在总的能量项中，除了表面能项，还要包括应变能项；

4）可以由总的体积变化引起，也可以由于相界面上原子键合的局部不适应所引起； 5）新旧相之间倾向于有一定的位向关系；

6）允许转变过程经过一个或多个亚稳相，因而常形成过渡点阵。

9.归纳固态相变的主要类型及特点。

晶粒长大：原子运动跨越晶界，扩散距离短，晶体结构不变，而且没有新的晶粒生成，不需形核时间，反应速率对温度很敏感，是晶界曲率的函数，随着晶粒长大，反应速率降低，晶粒长大驱动力是晶界面积的减少。

再结晶：生成无应变的晶粒，驱动力是晶体内部的储存能，成分不变，晶体结构不变，新晶粒在原先变形晶粒的塑性变形区形成，所需时间遵循阿尼乌斯规律。

多晶型转变：有新相生成，驱动力是新旧两相体积自由能差，转变只需要很小的原子移动，但仍需破坏原先的结合键，使原子重排。

固溶与析出：固溶是将一个本来存在的相，溶解在母相中而使其消失，原子大量地扩散。 析出则是一个新相从过饱和固溶体中分离出来，同样需要原子的大量扩散。这两个反应是彼此相反的。

共析反应：冷却时反应将一个中间成分的单相变为两个相，这两个相的化学成分位于共析成分的两侧，需要原子的扩散。

马氏体转变与回火转变：

马氏体转变是由于一个或多个原子面相对于其相邻面的剪切而造成的多晶型变化，无扩散。马氏体的形成温度比共析温度低得多，转变时由于切变作用造成的，所有原子同时移动，且单个原子偏离它以前邻近原子的距离不大于十分之一纳米。 马氏体是体心正方结构，又硬又脆。

在温度低于共析温度时，只要有足够的时间，这种碳在Fe中的过饱和固溶体将继续向更稳定的铁素体和渗碳体转变：M（马氏体） α+渗碳体（回火马氏体）。这个过程工业上称为回火。

回火马氏体组织：在α相上分布这许多弥散的碳化物颗粒，其韧性比亚稳态马氏体高很多。

10.分析相变动力学曲线（C曲线）的形状特征，并分析其原因。

TTT曲线（C曲线）：测定在不同温度时从转变开始到结束以及达到不同的转变量所经历的时间，作成“温度-时间-转变量”曲线，简称TTT曲线。 由于开始转变时量很小而不易确定，故通常以一定的转变量，例如1%作为转变开始转变线，而在其之前所经历的时间称为孕育期。当过冷度增大时，相变驱动力Δgv增加而扩系数D降低，当温度降低较少时，Δgv起主导作用，原子从旧相转变为新相的速率随过冷度增大而增大，当温度降低甚多时，由于D值显著减小，扩散因素占主导地位，从而转变速率随着过冷度增大而减小，因此在一居中温度转变速率最大，所以在C曲线上看到，在中间温度转变时间最短，速度最快。

11.分析等轴晶是如何形成的？其他形状晶粒有无可能形成？条件如何？

第八章 工程材料强化与韧化的主要途径

1.晶体和非晶体物质塑性变形的机理有什么不同？ 材料在外力作用下发生变形，如果卸载后变形不能完全消失，这种不可恢复的变形就称为塑性变形。塑性变形的主要特点是，卸载后材料会留下一定的残余变形或永久变形；应力和应变不再成线性关系。

塑性变形分为晶体的塑性流动和非晶态物质的粘性流动，塑性流动的主要机理是滑移，滑移是原子面按照晶体学上有规律的方式相互滑动。粘性流动一般发生于流体，是原子或分子小集团自由置换其相邻集团的位置，非晶体材料也以粘性流动方式产生永久变形，而在晶体中

一般不存在这种调换的自由。

2.材料的理论强度与实际强度之间有什么差别？分析造成这种差别的原因。 晶体的实际强度就是实验测得的单晶体的临界分切应力，而理论强度则是按完整晶体刚性滑移模型计算出的强度。

按照完整晶体刚性滑移模型，晶体滑移时晶体各部分是作为刚体而相对滑动的，基于这一模型以及原子间作用力正弦近似假定，可以推导出使完整晶体滑移面上所有原子同时滑移的临界切应力，计算出完整晶体的剪切强度约为切变弹性模量的1/6,这是一个很大的数值；但是，只有无缺陷的完整晶体才能发生刚性滑移，即滑移面上所有原子将同时滑移，而实际晶体往往存在缺陷，因此，晶体的实际滑移过程并不是晶体的一部分相对于另一部分的刚性滑移，这种实际滑移要比刚性滑移容易进行，从而造成晶体的实际强度远低于其理论强度。

3.分析位错与晶体强度的关系。

一种是要尽可能地减少晶体中的位错密度，使其接近于完整晶体，或者说制成无缺陷的完整晶体，使金属实际强度接近于理论强度；另一种是尽量增大晶体中的位错密度，并且尽可能地给运动着的位错设置阻碍，以及抑制位错源的活动。

4.Cu、Au等金属的屈服强度较低，而α—Fe、Cr等金属的强度较高，造成这种差别的主要原因是什么？

因为Cu、Au等金属是面心立方晶体，而α—Fe、Cr等金属是体心立方晶体，面心立方晶体的滑移方向多于体心立方晶体，所以位错在面心立方晶体上移动时受到的阻力较小，因此造成屈服强度上的差别。

5.指出晶体材料的基本强化途径。

冷变形强化、固溶强化、细晶强化、第二相强化、复合强化

6.比较固溶强化与第二相强化的机理有什么不同。

固溶强化：合金元素溶于金属基体中形成固溶体而使金属强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。

机理：一是溶质原子的溶入使固溶体的晶格发生畸变，从而产生附加的应力场，阻碍位错的运动；二是溶质原子常常被吸附在位错线的附近，降低了位错的能量状态。 第二相强化：材料通过基体中分布有细小弥散的第二相质点而产生强化的方法，称为第二相强化或分散强化。

机理：当移动的位错与第二相质点相遇时，受到质点的阻挡，位错线无法穿过这些硬质点，位错只有绕着它发生弯曲、随着外加应力的增大，位错线受阻部分的弯曲加剧，以至绕着粒子的位错线在左右两边相遇，于是正负号位错彼此抵消，形成包围粒子的位错环，位错线的其余部分则越过粒子继续移动。这样第二相硬颗粒构成了位错运动的阻碍，同时也增加了位错线的长度，从而提高了合金的屈服强度。此为绕过机制，有时位错线可以直接通过第二相，则称切割机制，也产生强化效果。

7.分析韧性断裂过程。发生韧性断裂后，断口形式与材料本身的性质有什么关系？ 韧性断裂通常发生在具有良好的塑性和韧性的金属上，其断裂方式是穿晶断裂。在断裂部件上往往可以观察到大量的变形，包括颈缩现象。变形是在断裂之前发生的。通常，韧性断裂起因于单纯的过载，即材料受到了过高应力。

三个阶段：试样拉伸产生明显塑性变形之后，某处出现颈缩，由于缩颈的几何形状会引起三向拉应力，最大轴向拉应力位于试样中心，在此拉应力作用下，试样中心开始产生微孔；微孔在试样中心长大和聚合，从而在中心形成圆片状裂纹，这裂纹沿着垂直于拉应力作用的方向往外伸展；裂纹到试样边缘以大约和拉伸轴成45°的方向迅速扩展，直到最后剪切断开这最后阶段造成一个剪切唇，剪切唇与拉伸轴约呈45°，相应于剪切应力方向。

发生韧性断裂后形成的断口根据材料本身力学性能的不同有三种典型的断口形式：1）为纯度极高的纯铝拉伸时的断口，这是直到最后一点截面皆以颈缩的形式破断的纯颈缩断口；2）纯度不高的铜拉伸时的双杯型断口；3）低碳钢拉伸时常见的杯锥型断口；对于低强度的金属和合金，拉伸试件的断口往往表现为杯锥断口、双杯断口和纯破裂断口。

8.用Griffith理论解释发生脆性断裂时，实际断裂强度低于理论断裂强度的原因。 由于固体内部本来就存在着某种微裂纹；材料的脆性断裂就是由裂纹的形成与随后的扩展两个阶段组成，根据Griffith理论，这些预存裂纹对于任何微塑性的，也就是永久变形能力很小的材料，都有损强度。特别是那种长度方向与作用应力垂直的裂纹，会在裂纹端部引起极为严重的应力集中，从而使该处的实际局部应力达到材料的理论强度。

9.影响脆性断裂的因素主要有哪些？

温度：温度对材料的脆性有很大影响，温度越高，韧性越好，温度越低则越脆。温度对脆性的影响程度与材料的结构有着密切的关系。

化学成分：合金元素在强化金属的同时也会降低金属的塑性，强化效果越显著，塑性下降越多，脆性断裂的可能性越大；杂质元素会显著增加金属的脆性。

组织和晶粒度：脆性组织越多，脆性越高；晶粒越细小，材料强度、塑韧性均会提高。 应力分布：材料上一点的最大拉应力ζmax与最大剪应力分量ηmax的比值用来做为分析是否容易发生脆性断裂的根据。比值越大，材料的脆性越大，越容易发生脆性断裂。

环境：材料工作在特殊的环境和介质中，会增加对脆性断裂的敏感性，使其在较低载荷下发生脆性断裂。

10.细化晶粒在提高材料强度的同时也提高韧性，为什么？在生产中有哪些实际的应用。 晶粒越细小，晶界面积越增加，位错密度也增大，从而强度升高。同时，与细晶伴生的晶内滑移带短，位错塞积群的应力集中效应不如粗晶显著，此外，细晶粒的变形不均匀现象有所缓和等，这些均有助于韧性的改善。

应用：孕育铸铁、铝硅基铸造铝合金都是通过专门的处理方法，通过增加液态金属结晶过程中的非自发生核数目或促使液体过冷来细化组织的；在合金渗碳钢和合金工具钢中，通过加入强烈碳化物形成元素，以阻止加热时晶粒长大，从而获得细晶组织。

11.指出提高陶瓷材料强度及增韧的主要途径。

制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷；消除表面缺陷，可有效地提高材料的实际强度和韧性；在陶瓷表面引入压应力，可提高材料的强韧性；细化晶粒；复合增韧；相变增韧

12.分析陶瓷材料相变增韧的机理。

相变引起的体积膨胀，需要消耗大量的功和能，使裂纹尖端的应力松弛了；体积膨胀会促使裂纹闭合，阻止裂纹的扩展。

13.比较表面化学热处理与表面淬火热处理在金属材料表面强化和表面改性方面的作用机

理。

表面化学热处理是将工件放在含有欲渗元素的特定介质中，通过加热、保温、冷却的方法，使介质中某些元素渗入工件表面并向内扩散，以改变表层的化学成分和组织，从而使工件表面具有与内部不同的特殊性能的一种表面强化及表面处理方法。 表面淬火热处理：表层快速加热淬火是以很快的速度对工件进行加热，使工件表层温度迅速升到AC3以上，进行奥氏体化，而心部温度仍在AC1以下，然后将其急冷淬火，得到心部为铁素体与珠光体之混合组织，表层为马氏体组织。马氏体回火后可得到合适的硬度、强度、而心部的混合组织有较高的韧性和塑性。

14.综合分析和论证工程材料强化和韧化的意义、可行性、主要途径和机理。

第九章 工程材料的制备

1.矿石于冶炼前为什么要进行预处理？有哪些预处理方法？作用是什么？ 从矿山直接开采出来的矿石称为原矿，原矿所含有用矿物的成分往往波动很大，有时会伴有大量无价值的矿物，即脉石，而且粒度相差也很悬殊。因此大部分矿石无论从物理性质还是化学性质来看，都不能达到直接进行冶炼的要求，必须进行各种预处理，以提高经济性和冶炼产品的质量。预处理的主要作用是提高入炉矿石的品质，增加入炉料的熟料比，使高炉多用或全部使用烧结矿或球团矿，保持入炉料干净，缩小原料粒度上的差距。 预处理办法

选矿:是不改变原矿石中有用矿物成分而除去脉石，提高原矿石中有用矿物的品味，同时去除有害杂质，为下一步冶炼提供高品位、杂质少的优质原料的过程；

干燥和煅烧：为了节约冶炼工序中的热能，便于矿石的搬运和向炉内供料等作业，防止水分引起的反应性能降低等目的；

焙烧：是把矿石加热到比熔化温度低200~300度，以改变矿石的化学组成，除去原料中的有害杂质，回收有用元素，同时还可以使矿石组织疏松，便于破碎和提高矿石的还原性的工艺过程；

粉矿造块：为了充分利用各种资源和便于冶炼操作，将粉矿、精矿粉以及其他含铁粉料再进行加工处理，制成人造富矿块的生产工艺叫做粉矿造块。

2.简述钢铁的生产过程。

钢铁生产过程首先是由铁矿石冶炼成生铁，炼成的生铁一部分用于铸造，还有一部分再通过进一步冶炼成为钢。炼成的钢除少量直接浇注成铸件外，绝大部分都先铸成钢锭，然后将钢锭经过轧制、挤压、拉拔等方法制成各种钢材，如板材、型材、管材等。

3.简要分析炼铁的原理，简述炼铁过程。

炼铁的过程就是从铁矿石中还原铁的过程。在这个过程中，以铁矿石为基本原料，以石灰石等为溶剂，以焦炭为燃料，按一定比例投入炼铁高炉，经过冶炼生成铸造生铁、炼钢生铁以及铁合金等。

炼铁过程：1）炉体内部发生焦炭与氧的完全燃烧生成CO2的过程使炉体内部达到高温，与此同时，炉顶发生焦炭与氧的不完全燃烧生成CO，同时高温下CO2会与焦炭反应生成CO，这就给铁矿石的还原造成了气氛；

2）铁的氧化物经过CO和焦炭的逐级还原，形成夹渣生铁水；

3）之后通过造渣过程将还原出来的铁与各种杂质分离，同时控制生铁成分达到一定要求。

4.简要分析炼钢的原理，简述炼钢过程。

钢与生铁的主要区别就是钢中硅、碳元素含量较少，硫、磷等元素少，因此炼钢必须降低生铁中的碳、硅质量分数和硫、磷等有害元素及杂质，所以在熔化的生铁中加入氧化剂除去或降低这些元素的含量，炼钢的实质就是氧化的过程。

炼钢过程：1）通过鼓入氧进入铁水来达到杂质元素的氧化和脱碳 2）通过造渣来脱硫和脱磷

3）再向钢水中加入适量的硅铁和锰铁来还原钢中的过剩的FeO并为钢中增添硅锰质量分数，改善钢的性能，待钢水脱氧和化学成分达到规定要求后出钢，出钢后在钢桶中冲入少量纯铝，进一步脱氧。

5.简述钢的炉外精炼的主要方法和原理。 钢水的炉外精炼就是把转炉、平炉及电炉初炼过的钢液转移到钢包或其他专用容器中进一步精炼的炼钢过程，也称“二次炼钢”或“二次精炼”。实施炉外精炼可以提高钢的冶金质量，缩短冶炼时间，降低成本，优化工艺过程。可以完成：脱碳、脱硫、脱氧、去气、去除夹杂物及成分微调等任务。

1）分为真空精炼法：主要是通过降低外界N2、H2等有害气体的分压，达到去除钢中有害气体的目的。在真空条件下，不仅能够降低钢中有害气体的浓度，而且可以发生脱氧反应，使熔池产生搅拌，有利于有害气体和有害夹杂物的排出；

2）惰性气体稀释法：是向钢液中吹入惰性气体，这种气体本身不参与冶金反应，每个气泡中的N2和H2等有害气体的分压为零。当其从钢液中上升时，钢液中的有害气体就会向气泡内扩散，并随之带出钢液，这相当于“气洗”的作用；

3）喷粉精炼法：一般是用氩气作载体，向高温钢水内部喷吹特定的合金粉末或精炼粉剂。喷粉精炼可较充分地进一步脱硫和去除夹杂物，并且可改变夹杂物的形态，在精炼的同时还可对钢的成分进行调整

6.简述球墨铸铁的熔制方法。

球墨铸铁的生产是经过球化处理和孕育处理两个工艺环节来完成的。

球化处理用冲入法，采用稀土镁硅铁合金作为球化剂，在专用的铁水包内进行球化，球化前先将球化剂放入铁水包内，然后冲入约2/3铁水包容量的含碳、硅量接近共晶成分的高碳硅铁水，此时铁水会与球化剂发生剧烈反应，待反应停止后，球化过程结束；结束后，扒除表面的熔渣，再补入剩余的1/3铁水，同时加入处理铁水中质量分数为0.4%~0.6%的硅铁进行孕育处理。球化、孕育结束后即可进行浇注，得到合格的球墨铸铁件，其一般还要进行相应的热处理，以进一步改善和提高性能。

7.分析粉末冶金的主要特点。

粉末冶金是一种主要以金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物为基本原料，加入其他添加剂，混合后经成型和烧结以及其他后续处理工艺，制成各种材料和制品的工艺方法。 主要特点：

优点：1）粉末冶金可以生产普通方法无法生产的具有特殊性能的材料；

2）粉末冶金容易控制材料的组成，从而生产出组织均匀、晶粒细小、性能稳定的优质材料，特别适合于生产高合金粉末冶金材料，如粉末高速钢，粉末超合金材料等；

3）粉末冶金可直接将金属粉末制成成品或接近成品的最终形状和尺寸的零件，因此是一种少、无切削的成型加工方法，材料利用率可达90%以上，而一般切削加工的材料利用率约15%~70%；

4）生产率较高。

缺点：1）只能生产尺寸有限和形状简单的制品； 2）制品中常有残余孔隙 3）粉末成本较高

4）烧结制品的韧性较差 8.金属粉末如何制备？ 制备方法 机械制备法 固体粉碎 制备简要说明 应用范围 脆性的金属及合金 脆性、韧性的丝状或小块料 较低熔点的原料 球通过磨球的撞击和碾压，使物料粉碎成磨 粉末 研用气流或液流，带动物料颗粒相互碰撞磨 和摩擦而成粉末 液雾用高压气流等方法，将熔融金属雾化，体化然后快速冷却成粉末 粉法 碎 还原法 点解法 热离解法 化学置换法 用还原剂还原金属氧化物或盐类，使其成为粉末 在溶液或熔盐中，通入直流电，使金属离子重新获得外层电子，变成粉末。 物理化学制备法金属氧化物或卤族化合物 金属盐类 金属与CO、H2、Hg作用生成化合物，能与CO、H2、Hg作用生成化合物加热后重新分解，制得粉末 的金属 用化学活性大的金属置换化学活性小的金属，制得粉末 较贵重的金属 9.举例说明复合材料的制备方法。 纤维的制备

玻璃纤维：坩埚法拉丝和池窑漏板法拉丝 碳纤维：有机物+高温烧制

晶须：化学气相沉积法、溶胶—凝胶法、气液固法、液相生长法、固相生长法和原位生长法

树脂基复合材料的制备：手糊成型、喷射成型、模压成型、缠绕成型 金属基复合材料的制备：固态法、液态法

陶瓷基复合材料的制备：粉末冶金法、浆料浸渍法、熔体浸透法、 共晶复合材料的制备：精密铸造法、连续浇注法、区域熔炼法。

10.单晶体有什么特点？举例说明其制备方法。

单晶体是液体结晶时只有一个晶核形成并长大而得到的晶体。单晶体往往在电、磁、光、热等方面表现出优异的性能，特别在电子和激光技术中，单晶体是必须使用的重要材料。 从熔体中制备单晶；从溶液中制备单晶；气相生长法制备单晶；固相生长法制备单晶

11.非晶态材料具有什么特点？如何制备非晶态金属？

一般认为，非晶态是指以不同方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。

其有些特殊的物理化学性能，如金属玻璃是很好的软磁材料，用于制作变压器铁心，非晶态的硅和非晶态的半导体材料主要用于太阳能电池和光电导材料；非晶合金纤维已被用作复合材料的强化纤维等。

非晶态金属的制备可通过液相急冷法，即把熔融的金属从喷嘴中喷出，通过某种特定方式进行急冷，从而制得非晶金属；也可以用离子注入法等制备非晶态合金

12.什么是纳米材料？纳米材料有什么特点？如何制备？ 物质加工到100nm以下尺寸时，往往产生既不同于微观原子、分子，也不同于宏观物质的超常规特性，具有这种特性的材料称为纳米材料。 分类 方法 气相冷凝法 激光诱导化学气相沉积法 制备 将金属原料置于真空室内加热蒸发，产生原子雾，并在冷却壁上沉积，形成纳米粒子 利用激光光子的能量加热反应体系，迅速完成反应、成核、凝聚、生长等过程，从而制得相应物质的纳米离子 在不同物质的混合液中加入沉淀剂，制备纳米粒子沉淀物，再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的纳米材料 将易水解的金属化合物经过水解与缩聚过程而逐渐胶化，再经干燥、烧结等后续处理，制得相应的纳米材料 利用介质和物料之间长时间的相互研磨和冲击使物料粒子粉碎，使粒子尺寸达到纳米级 先将原料制成非晶薄膜，然后控制退火条件，使非晶全部或部分晶化，生成晶粒尺寸保持在纳米级 气相法

13.什么是自蔓延合成技术。

利用两种以上物质发生化学反应时放出大量的热量，使得邻近区域的物料温度在极短时间内升高，并引发新的化学反应，反应以燃烧的形式蔓延至整个反应物体系。当燃烧波推进前移时，反应混合物则转变为生成物产品。

特点:合成反应温度高，一般在2000~4000度；活性大，反应速度快；产品纯度高；工艺简便，实用性大

自蔓延合成技术主要用于高温难熔材料的研究和制备，适用于制备多种陶瓷材料、陶瓷基复合材料、金属基复合材料以及金属化合物等各种无机材料。

液相法沉淀法 溶胶—凝胶法 固相法高能球磨法 非晶晶化法

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