材料概論思考題

什么是材料？如何進行分類？答：材料是人類社會所能接受的，可經(jīng)濟地用于制造生活和生產(chǎn)中使用的物品、器件、構(gòu)件、機器和其他產(chǎn)品的物質(zhì)。是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。按凝聚狀態(tài)分：氣態(tài)材料、液態(tài)材料和固態(tài)材料，其中固態(tài)材料按存在狀態(tài)分為單晶材料、多晶材料和非晶材料。按用途和使用領(lǐng)域分：建筑工程材料、機械工程材料、核材料、信息材料、電子材料、能源材料、生物材料、包裝材料、電工電器材料、醫(yī)用材料等。從科學(xué)意義和實用意義綜合考慮按工程材料的化學(xué)組成、結(jié)合鍵的特點分為金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料。什么是材料科學(xué)？材料科學(xué)與工程的四要素是什么？答：（1）材料科學(xué)指研究各種材料的組成、結(jié)構(gòu)制備加工工藝與性能之間關(guān)系的科學(xué)。（2）指材料的組成與結(jié)構(gòu)、合成與生產(chǎn)過程、性質(zhì)、使用效能。材料性能的定義是什么？答：指材料對外部刺激的反應(yīng)或抵抗。什么是材料的組織組成？什么是材料的結(jié)構(gòu)？答：（1）材料的組織指人用肉眼觀察到的或借助放大鏡、顯微鏡觀察到的相的形態(tài)、分布的圖像。而材料的組織組成就是指所看到的組織的構(gòu)成方式。（2）指材料的組元及其排列方式和運動方式，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?！安牧显O(shè)計”構(gòu)想始于50年代，80年代后實現(xiàn)“材料設(shè)計”的條件漸趨成熟。表現(xiàn)在哪三個方面？答：（1）、固體物理、量子化學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)與計算預(yù)報新材料的組分結(jié)構(gòu)與性能大發(fā)展為材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。（2）、現(xiàn)代計算機的速度、容量和易操作性空前提高，使數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)分析簡化。（3）、 科學(xué)測試儀器的進步提高了測量水平，提供了豐富的實驗數(shù)據(jù)，以及合成加工性技術(shù)的涌現(xiàn)為理論設(shè)計提供了條件。何謂粉末燒結(jié)？影響燒結(jié)的因素有哪些?答：（1）粉末燒結(jié)指金屬粉末或粉末壓坯，在加熱到低于主要成分熔點的溫度，由于顆粒之間發(fā)生粘結(jié)等物理化學(xué)作用，得到所要求的強度和特性的材料或制品的工藝過程。（2）影響燒結(jié)的因素有：粉末的粒度，外加劑的作用，燒結(jié)溫度和保溫時間，鹽類的選擇及其煅燒時條件的影響，氣氛的影響，成型壓力的影響。簡述合成纖維的優(yōu)缺點。答：優(yōu)點：強度高、彈性好、耐穿耐用、光澤好、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐霉腐、耐蟲蛀。缺點：吸濕性差、耐熱性差、導(dǎo)電性差、防污性差、易起毛起球簡述材料設(shè)計的主要內(nèi)容？答：材料設(shè)計的主要內(nèi)容有目標性能設(shè)計、材料結(jié)構(gòu)設(shè)計、原料工藝流程設(shè)計。首先制定性能預(yù)期，根據(jù)所要達到的性能要求分析所需要的材料結(jié)構(gòu)，再根據(jù)所需制得的材料結(jié)構(gòu)選取合適的原材料和加工合成工藝。設(shè)計完畢后進行制備，根據(jù)最后檢測結(jié)果調(diào)整設(shè)計方案。何為復(fù)合材料？簡述復(fù)合的目的。答：（1）指以人工方式將兩種或多種性質(zhì)不同但又可性能互補的材料復(fù)合起來做成的新材料。（2）目的：1、獲得新組成的新形態(tài)的材料；2、獲單一組分不具備的性質(zhì)和功能，獲得復(fù)合效應(yīng)；3、獲得某種特定性能或效益。簡述材料性質(zhì)與性能的關(guān)系和區(qū)別。答：材料的性質(zhì)和性能都是基于材料本身固有的屬性的描述，但兩者的注重角度不同，性質(zhì)是從材料本身角度出發(fā)不以人的意志為轉(zhuǎn)移，而性能是從其應(yīng)用角度出發(fā)，從使用者的角度對材料的性質(zhì)進行評價簡述金屬材料加工的主要范疇。答：傳統(tǒng)意義上金屬材料的加工范疇有以下四個方面：1、材料的切削：車、銑、刨、磨、切、鉆。2、材料的成型：鑄造、拉、拔、擠、壓、鍛造。3、材料的改性：合金化、熱處理。4、材料的連接：焊接、粘接。碳鋼有哪些主要分類方法？分別可以分為那幾類？答：見課本P17-18石墨的存在對鑄鐵有著什么樣的作用？簡述其原因。答：（1）好處：由于石墨的潤滑作用是鑄鐵有較好的機械加工性能如：良好的鑄造性能、耐磨性、減震性、極低的缺口敏感性。（2）壞處：由于石墨在鑄鐵中相當于空穴和裂紋，容易造成應(yīng)力集中，石墨的量越多鑄鐵的抗拉強度越低。簡述鎂合金的主要優(yōu)缺點。答：優(yōu)點：由于鎂是所有工程材料中最輕的金屬，是鎂合金具有相對較高的比強度和比剛度。缺點：抗腐蝕性能和塑性變形能力差。陶瓷材料是如何分類的？舉例說明陶瓷材料的結(jié)合鍵主要有哪兩種，各有什么特點？答：一、陶瓷按原材料使用范圍和用途分為普通陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷）和特種陶瓷（現(xiàn)代陶瓷），前者又包括日用陶瓷和普通工業(yè)陶瓷（建筑陶瓷、電氣絕緣陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、化工陶瓷）后者包括結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。二、按燒結(jié)程度和吸水率及晶粒大小又可分為陶器、炻器和瓷器。陶瓷材料結(jié)合鍵主要為離子鍵和共價鍵。離子鍵無方向性有飽和性配位數(shù)高強度高。形成的離子晶體強度高硬度高熔點高脆性大無延展性，熱膨脹系數(shù)小。共價鍵有方向性和飽和性，配位數(shù)低強度高。形成的共價晶體強度硬度熔點高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定脆性大無延展性，熱膨脹系數(shù)小。陶瓷材料主要有哪些相組成，各有什么作用？答：陶瓷材料相組成主要有三種：1、晶體相，陶瓷的主要成分，數(shù)量大對性能的影響也大，它的結(jié)構(gòu)數(shù)量和形態(tài)分布決定了陶瓷的主要特點和應(yīng)用。2、玻璃相，作用（1）將晶相顆粒粘接起來填充晶相之間的空隙，提高材料的致密度。（2）降低燒成溫度，加速燒結(jié)過程（3）阻止晶體轉(zhuǎn)向抑制晶粒長大（4）獲得一定程度的玻璃特性如透光性。3、氣相，出多孔陶瓷外氣孔都是不利的，會降低陶瓷的強度和導(dǎo)熱性能，也是造成裂紋的根源。簡述陶瓷材料的力學(xué)性能特點，什么是功能陶瓷？答：（1）硬度高，維氏硬度1000-1500Hv（2）剛度大，彈性模量大。（3）強度高，由于離子鍵共價鍵結(jié)合力大，其理論強度很高，但由于組織不均勻內(nèi)部雜質(zhì)和各種缺陷造成實際強度偏低。（4）塑性和韌性低，是陶瓷最大的缺點。功能陶瓷指具有電、光、磁及部分化學(xué)功能的多晶無機固體材料，其功能的實現(xiàn)主要取決于各種性能。什么是水泥，水泥的主要種類有哪些？硅酸鹽水泥的主要礦物組成？答：（1）凡細磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化并能將沙石等散?；蚶w維牢固膠結(jié)在一起的水硬性凝膠材料。（2）按化學(xué)成分分有硅酸鹽水泥，鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥，氟鋁酸鹽水泥；按用途分有通用水泥，專用水泥，特種水泥（3）硅酸三鈣(3CaO?SiO2)、硅酸二鈣(2CaO?SiO2)鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3)、鐵鋁酸四鈣（4CaO?Al2O3?Fe2O3）與小分子相比高分子有什么特點？答：分子量大，高彈性，高粘度，結(jié)晶度低，分子鏈中原子間、鏈節(jié)間為共價鍵結(jié)合有復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)，聚集狀態(tài)無氣相。高分子有哪三種力學(xué)狀態(tài)？各有什么特點？簡述塑料的主要特點。答：（1）高分子有玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三種力學(xué)狀態(tài)，玻璃態(tài)：鏈段運動處于凍結(jié)狀態(tài)，模量高形變小，具有胡克彈性行為質(zhì)硬而脆。高彈態(tài)：鏈段運動已充分發(fā)展，在較小應(yīng)力下即可迅速發(fā)生很大變形，除去應(yīng)力后，形變可迅速恢復(fù)。粘流態(tài)：由于鏈段的劇烈運動，整個大分子鏈的重心發(fā)生先對位移，產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)位移粘流態(tài)。（2）塑料特點，優(yōu)點：輕質(zhì)高強，加工性好，導(dǎo)熱系數(shù)小，絕熱性好，裝飾性優(yōu)異多功能，經(jīng)濟。缺點：耐熱性差，易燃易老化，熱膨脹性大，高度小。什么是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，有何特點?答：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高聚物高彈態(tài)和玻璃態(tài)之間的轉(zhuǎn)變的溫度。從分子運動角度看玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是大分子鏈段開始運動的溫度。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高聚物無定形部分從凍結(jié)狀態(tài)到解凍狀態(tài)的一種松弛現(xiàn)象，轉(zhuǎn)變時無相變熱。簡述復(fù)合材料的發(fā)展趨勢。答：（1）低成本復(fù)合材料；（2）高性能復(fù)合材料，指高強度、高模量、耐高溫等特性的復(fù)合材料（3）功能性復(fù)合材料，指具有導(dǎo)電超導(dǎo)微波摩擦吸聲阻尼燒蝕等功能的復(fù)合材料（4）智能復(fù)合材料，指具有感知識別及處理能力的復(fù)合材料（5）仿生復(fù)合材料，指參考生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)規(guī)律而設(shè)計制造的復(fù)合材料（6）環(huán)保型復(fù)合材料，指從環(huán)保角度考慮要求廢棄的復(fù)合材料可以回收利用以節(jié)約資源和減少環(huán)境污染。什么是顆粒增強復(fù)合材料？簡述其增強機