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1、第1章绪论思考题1材料科学与工程的四个基本要素解：制备与加工、组成与结构、性能与应用、材料的设计与应用2材料科学与工程定义解：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学。3按材料特性，材料分为哪几类？金属通常分哪两大类？无机非金属材料分哪四大类？ 高分子材料按使用性质哪几类？解：按材料特性，材料分为：金属材料、无机非金属材料、和有机高分子材料三类。 金属材料分为：黑色金属材料和有色金属材料。无机非金属材料分为：混泥土（水泥）、玻璃、砖及耐火材料、陶瓷四大类。 高分子材料按使用性能分为：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等类。4金属无机非金属材料高分子材料的基本特
2、性解：金属材料的基本特性：a.金属键；b.常温下固体，熔点较高；c.金属不透明，具有光泽；d.纯金属范性大、展性、延性大；e.强度较高；f.导热性、导电性好；g.多数金属在空气中易氧化。无机非金属材料的基本性能：a.离子键、共价键及其混合键；b.硬而脆；c.熔点高、耐高温，抗氧化；d.导热性和导电性差；e.耐化学腐蚀性好；f.耐磨损；g.成型方式：粉末制坯、烧结成型。高分子材料的基本特性：a.共价键，部分范德华键；b.分子量大，无明显熔点，有玻璃化转变温度（Tg）和粘流温度（Tf）；c.力学状态有三态：玻璃态、高弹态和粘流态；d.质量轻，比重小；e.绝缘性好；f.优越的化学稳定性；g.成型方法
3、较多。第2章物质结构基础 Structure of Matter思考题1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？解：主量子数n、角量子数l、磁量子数ml、自旋量子数ms2 在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？解：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则3配位数及其影响配位数的因素解：配位数：一个原子周围具有的第一邻近原子（离子）数。影响因素： 共价键数； 原子的有效堆积（离子和金属键合）。4电离能及其影响电离能的因素解：电离能：从孤立原子中，去除束缚最弱的电子所需外加的能量。影响因素：同一周期，核电荷增大，原子半径减小,电离能增大；同一族，原子半径增大，电离能减小；
4、电子构型的影响，惰性气体；非金属；过渡金属；碱金属；5混合键合实例解：石墨：同一层碳原子之间以共价键结合，层与层之间以范德华力结合； 高分子：同一条链原子之间以共价键结合，链与链之间以范德华力结合。作业题2-1 按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布。22322422622 解：N:1s2s2pO:1s2s2pSi:1s2s2p3s3p226266222626101226261025 Fe:1s2s2p3s3p3d4s Cu:1s2s2p3s3p3d4s Br:1s2s2p3s3p3d4s4p2-2 88.83%的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁
5、原子的相对原子质量。解：镁原子的质子为12镁原子的相对原子质量M=88.83%(12+13)+11.17%(12+14)=25.113 在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？性质如何递变？解：在同一周期中，各元素的原子核外电子层数相同，且等于其周期序数。在同一主族中，各元素的最外层电子数相等，且等于其主族序数。在同一周期中，从左到右，核电荷数依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增大，失电子能力减弱，得电子能力增强，因此，金属性减弱，非金属性增强；而同一主族元素中，从上到下电子层数增多，原子半径增大，电离能趋于减小，失电子能力增强，得电
6、子能力减弱，所以，元素的金属性增强，非金属性减弱。4 比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。解：金属材料：简单金属（指元素周期表上主族元素）的结合键完全为金属键，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合，但以金属键为主。陶瓷材料：陶瓷材料是一种或多种金属同一种非金属（通常为氧）相结合的化合物，其主要结合方式为离子键，也有一定成分的共价键。高分子材料：高分子材料中，大分子 叁键键能 >双键键能 >单键键能结合键的主要特点：金属键，由金属正离子和自由电子，靠库仑引力结合，电子的共有化，无饱和性，无方向性；离子键以离子为结合单元，无饱和性，无方向性；共价键共用电子
7、对，有饱和性和方向性；范德华力，原子或分子间偶极作用，无方向性，无饱和性；氢键，分子间作用力，氢桥，有方向性和饱和性。结合键类型及键能大小对材料的熔点密度弹性模量和塑性的影响：结合键的键能大小决定材料的熔点高低，其中纯共价键的金刚石有最高的熔点，金属的熔点相对较低，这是陶瓷材料比金属具有更高热稳定性的根本原因。金属中过渡金属具有较高的熔点，这可能是由于这些金属的内壳层电子没有充满，是结合键中有一定比例的共价键。具有二次键结合的材料如聚合物等，熔点偏低。密度与结合键类型有关，金属密度最高，陶瓷材料次之，高分子材料密度最低。金属的高密度有两个原因：一个是由于金属原子有较高的相对原子质量，另一个原因
8、是因为金属键的结合方式没有方向性，所以金属原子中趋向于密集排列，金属经常得到简单的原子密排结构。离子键和共价键结合时的情况，原子排列不可能非常致密，所以陶瓷材料的密度比较低。高分子中由于是通过二次键结合，分子之间堆垛不紧密，加上组成的原子质量比较小，所以其密度最低。弹性模量是表征材料在发生弹性变形时所需要施加力的大小。结合键的键能是影响弹性模量的主要因素，键能越大，则弹性模量越大。陶瓷250600GPa，金属70350GPa，高分子0.73.5GPa。塑性是一种在某种给定载荷下，材料产生永久变形的材料特性。材料的塑性也与结合键类型有关，金属键结合的材料具有良好的塑性，而离子键、共价键的材料的塑
9、性变形困难，所以陶瓷材料的塑性很差，高分子材料具有一定的塑性。思考题1 空间点阵，配位数解：空间点阵：一系列在三维空间按周期性排列的几何点称为一个空间点阵。配位数：一原子最邻近的、等距离的原子数。2 晶面指数，致密度解：晶面指数：指面在3个晶轴上的截距系数的倒数比，当化为最简单的整数比后，所得到的3个整数。致密度：晶胞中原子体积的总和与晶胞体积之比。3液晶及其液晶的分类（从分子排列的有序性类，按液晶的形成条件分类） 解：液晶：某些结晶物质受热熔融或被溶剂溶解之后，失去固态物质的刚性，变成具有流动性的液态物质，但结构上保存一维或二维有序排列，物理性质上呈现各向异性，兼有部分晶体和液体性质的过渡中
10、间态物质。 从分子排列的有序性分类：a.丝状相（向列相）；b. 螺旋状相（胆甾相）;c.层状相（近晶相） 按液晶的形成条件分类：a.热致液晶；b.溶致液晶4同素异构转变，并举例说明。解：同素异构转变：改变温度或压力等条件下，固体从一种晶体结构转变成另一种晶体结构。 例：铁在不同温度下晶体结构不同，< 906体心立方结构，- Fe9061401面心立方结构， Fe1401熔点（1540 ）体心立方结构，- Fe高压下(150kPa) 密排六方结构，Fe5按键合类型，晶体分哪几类？各自的键合类型和主要特点如何？解：按键合类型，晶体分为：金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体。 金属晶体：金属
11、键结合；失去外层电子的金属离子与自由电子的吸引；无方向性和饱和性；低能量密堆结构。（大多数金属晶体具有面心立方，体心立方和密排六方结构，金属晶体的原子排列比较紧密，其中面心立方和密排六方结构的配位数和致密度最高。） 离子晶体：离子键结合，无方向性和饱和性；正离子周围配位多个负离子，离子的堆积受邻近质点异号电荷及化学量比限制；堆积形式决定于正负离子的电荷数和正负相对大小。（硬度高、强度大、熔点和沸点高、热膨胀系数小、脆性大、绝缘高等特点。） 共价晶体：共价键结合，具有方向性和饱和性；配位数和方向受限制，晶体的配位数为（8-N）。N表示原子最外层的电子数。（强度高、硬度高、脆性大、熔点高、沸点高、
12、挥发性低、导电能力较差和结构稳定等特点。配位数比金属晶体和离子晶体低） 分子晶体：范德华键合氢键结合；组元为分子，仅有范德华键时，无方向性和饱和性，趋于密堆，分子对称性较低以及极性分子永久偶极相互作用，限制了堆砌方式；有氢键时，有方向性和饱和性。作业题1归纳总结3种典型金属结构的晶体学特点（112）的晶面间距。 解：属于立方晶系d=（100）面， d=（111）面，d=（112）面，d=面心立方j、k、l不全为奇数或不全为偶数时d=2=0.1825nm =0.2107nm =0.4470=2-14计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r(Na+)
13、=0.097,r(Cl-)=0.181）;（c）由计算结果，可以引出什么结论？ 解：（a）4()(343)=0.74面心立方金属的原子致密度为0.74。+-（b）N(Na)=3*4*1/4+1=4 N(Cl)=6*1/2+2*4*1/8=4a=2r(Na+)+2r(Cl-)=0.556=0.67（c）结论：原子大小相同时，致密度与原子的大小无关；当有不同种类的原子出现时，其原子的相对大小必然影响致密度。2-15铁的单位晶胞为立方体，晶格常数为a=0.287nm,请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。致密度=解：e=43（0.0973+0.1813）4=/3由资料可知，e=0.876103
14、kg/3 =3=7.867106(0.287109)36.02102356=2每个单位晶胞所含的原子个数为2。2-17计算面心立方、体心立方和密排六方晶胞的致密度。解：面心立方：N=8+6=4，d=82411 2 APF=体心立方：N=1+8=2，d=8143(4)3=0.74 2APF=2(4 )334=0.6822211 密排六方： 2= ，0=+=，N=12+2+3=6 33462V=21 26=3 223 =3 ，APF=2634= 6=0.74面心立方的致密度为0.74，体心立方的致密度为0.68，密排六方的致密度为0.74。2-21（a）在1mm3的固体钡中含有多少个原子？（b）其
15、原子堆积因子是多少？（c）钡属于哪一种立方结构？（原子序=56，相对原子质量137.3，原子半径=0.22nm，离子半径=0.143nm，密度=3.5mg/mm3）解：（a）=/ 3=3.51016.02137.3=1.531019 1023在1mm3的固体钡中含有1.531019个原子。（b）原子堆积因子是金属正离子和自由电子之间的库仑力。（c）APF=3(0.22109)31.53110=0.68钡属于体心立方结构。2-23钻石结构的晶格常数a=0.357nm,当它转变成石墨时，体积变化的百分比是多少？（石墨密度2.25mgmm-3） 解：钻石属于面心结构，有4个体心钻石=8+6+4=8
16、821141019钻石=86.0210钻石 120.35710 =3.5106/3=3.5mg/3 钻石钻石=石墨石墨钻石钻石=1.558 =石墨钻石1=55.8%钻石转变为石墨时，体积增加55.8%。2-26一平面与晶体两轴的截距为a=0.5，b=0.75，并且与Z轴平行，则此平面的米勒指数是什么？解：0.5：0.75：=3：2：0 111此平面的米勒指数为（320）。2-27一平面与三轴的截距为a=1，b=-2/3，c=2/3，此平面的米勒指数是什么？解：:=1：=2：3：3 2211133 3）。 此平面的米勒指数是（232-30某X光波长0.058nm，用来计算铝的d200，其衍射角2
17、为16.47，求晶体常数是多少？ 解：n=2dsin200=0.058=2.202 2sin 2a=2d200=0.404nm晶体常数为0.404nm。2-39在温度为912，铁从bcc转到fcc。此温度时铁的两种结构的原子半径分别为0.126nm和0.129nm，（1）求其变化时的体积变化V/O。从室温加热到铁1000，铁的体积变化？ 解：（1） bcc N1=2 fcc N2=4331=1/1，2=2/2 312213 4 12=2=0.986V O=V1V2V2=1 1111=2 =10.986=0.014其变化时的体积变化为0.014。（2）912时，由bcc转变为fcc，体积减小；9
18、12-1000，受热膨胀，体积增大。 思考题1影响形成间隙型固溶体的因素解：A晶格结构 (溶质原子半径小, 溶剂原子晶格间隙大)；B平衡或保持电中性。2有序合金的原子排列有何特点? 这种排列和结合键有什么关系？解：特点：各组元质点分别按照各自的布拉菲点阵排列，称为分点阵，整个固溶体由各组元的分点阵组成的复杂点阵，称为超点阵或超结构。3 为什么只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固溶体则不能?解：间隙固溶体其中一个组元只能进入另一组元的空隙中，溶解度小，而置换型固溶体两组元原子大小近似，因此可以无限互溶。作业题简述影响置换型固溶体置换的因素解：A离子大小: 同晶型时，r 15，有可能
19、完全互溶r = 1530%，部分互溶r > 30%，难置换，不能形成固溶体B键性（极化）两元素间电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大；溶质与溶剂元素间的电负性差增大，固溶度减小，倾向于生成稳定的金属化合物，而不利于形成固溶体。生成的化合物愈稳定，则固溶体的溶解度愈小。C晶体结构类型和晶胞大小当组元A和B有相同晶体结构，B原子才有可能连续不断地置换A原子，固溶度较大；晶体结构不同，最多只能形成有限型固溶体D电价（原子价，电子浓度）原子价（离子价）相同，固溶度大；价态差越大，固溶度降低。思考题1晶体缺陷的分类。肖脱基缺陷(Schottky Defect)弗仑克尔缺陷 (Frenkel D
20、efect)：点缺陷对晶体性质的影响解：肖脱基缺陷：有空位，无间隙原子，原子逃逸到晶体外表面或内界面（晶界）。弗仑克尔缺陷：同时形成等量的空位和间隙原子，空位和间隙原子对其数量远少于肖脱基（空位）缺陷。点缺陷对晶体性质的影响：点缺陷存在和空位运动，造成小区域的晶格畸变。1）使材料电阻增加定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力，使电子在传导中的散射增加；2）加快原子的扩散迁移空位的迁移伴随原子的反向运动；3）使材料体积增加，密度下降4）比热容增大附加空位生成焓5）改变材料力学性能间隙原子和异类原子的存在，增加位错运动阻力,使强度提高，塑性下降。2柏氏矢量的物理意义。解：表示晶体形成位错的滑移方向和
21、大小。3 简述刃型位错、螺型位错与位错线、柏氏矢量和位错滑移方向之间的关系。解：刃型位错滑移方向与位错线垂直；螺型位错滑移方向与位错线平行。4 位错的运动及其特点。解：位错的滑移：在外力作用下，位错线在滑移面（即位错线和柏氏矢量构成的晶面）上的运动，结果导致晶体永久变形。滑移是位错运动的主要方式。特点：a.刃型位错滑移方向与外力及柏氏矢量平行，正、负位错滑移方向相反；b.螺型位错滑移方向与外力及柏氏矢量垂直，左、右螺型位错滑移方向相反；c.混合位错滑移方向与外力及柏氏矢量成一定角度（即沿位错法线方向滑移）；d.晶体的滑移方向与外力及柏氏矢量相一致，但并不一定与位错的滑移方向相同。位错攀移，在热
22、缺陷或外力下，位错线在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。a.位错攀移是靠原子或空位的转移来实现的，螺型位错没有多余半原子面，固无攀移运动；b.由于位错攀移需要物质的扩散,因此，不可能是整条位错线同时攀移，只能一段一段地逐段进行；c.单晶生长利用位错攀移来消灭空位。思考题一体积（晶格）扩散的微观机制类型解：体积扩散是金属原子从一个平衡位置转移到另一个平衡位置。包括3种微观扩散机制：空位机制，其中一个原子与相邻空位交换位置。间隙机制，自间隙原子将一个相邻原子调换到间隙位置上。直接交换机制，相邻原子成对的互相交换位置。二为什么钢铁零件渗碳温度一般要选择Fe相区中进行
23、?若不在相区进行会有何结果? 解：Fe中的最大碳溶解度(质量分数)只有0.02l8，对于含碳质量分数大于0.0218的钢铁，在渗碳时零件中的碳浓度梯度为零，渗碳无法进行，即使是纯铁，在相区渗碳时铁中浓度梯度很小，在表面也不能获得高含碳层；由于温度低，扩散系数也很小，渗碳过程极慢，没有实际意义。Fe中的碳溶解度高，渗碳时在表层可获得较高的碳浓度梯度，使渗碳顺利进行。三比较下列各因素对扩散系数的影响，并简要说明原因。1温度对扩散系数的影响2金属键晶体的扩散系数与共价键晶体或离子键晶体的扩散系数3体积扩散系数（晶格或点阵）与短路扩散系数（沿位错、晶界、表面）4间隙固溶体的扩散系数与置换型固溶体的扩散
24、系数。5铁的自扩散系数(Fe ) 与( Fe )解：1.温度越高，扩散系数越大；间隙机制和空位机制都遵循热激活规律，温度提高，超过能垒几率越大，同时晶体的平衡空位浓度也越高，扩散系数提高。2.原子的迁移要挤开通路上的原子，引起局部点阵畸变，部分破坏原子结合键才能通过。键能越强，原子间的结合键力越强，激活能越大，扩散系数越小。共价键晶体和离子键晶体的扩散系数<金属键晶体的扩散系数。3.晶体结构反映了原子在空间的排列情况，原子排列越紧密，原子间的结合力越强，扩散激活能越高，而扩散系数越小；处于晶体表面、晶界和位错处的原子位能总高于正常晶格上的原子，他们扩散所需的活化能也较小，相应的扩散系数较
25、大。表面>晶界>沿位错>晶内4.间隙型固溶体比置换型固溶体容易扩散。因为间隙扩散机制的扩散激活能小于置换型扩散。间隙型固溶体中间隙原子已位于间隙，而置换型固溶体中溶质原子通过空位机制扩散时，需要首先形成空位，因而激活能高。5.(Fe )属于体心结构，( Fe )属于面心结构，面心结构点阵比体心结构点阵紧密，铁在面心立方点阵中的自扩散系数D-Fe与在体心立方点阵的D-(Fe)相比，在912时，D-(Fe)280D-Fe作业题2-45在钢棒表面上，每20个铁的晶胞中有一个碳原子，在离表面1mm处每30个铁的晶胞中有一个碳原子。1000时扩散系数为310 - 11ms -1，且结构
26、为面心立方(a0.365nm)。问每分钟因扩散通过单位晶胞的碳原子数有多少个？解：计算钢棒表面及表面下1mm处的碳浓度C11/20(0.36510-9)3 1.031027个/m3C2 1/30(0.36510-9)30.681027个/m3J = - D c /x-（310 - 11）（0.68-1.03）1027/10-31.051019 /m2s每一个单位晶胞的面积为(0.36510-9)2每分钟因扩散通过单位晶胞的碳原子数:Ja = (1.051019 /m2s) (0.36510-9)26084个/min每分钟因扩散通过单位晶胞的碳原子数有84个。2-47含0.18%碳的碳钢在927
27、今进行气体渗碳，此时D=1.28*10-11m2s-1，若表面含碳量为1%，试求距表面0.60mm处的碳含量达到0.3%所需的时间。解：Cs=1% C0=0.18% Cx=0.3%0=erf，即erf=1%0.18%=0.8537 =1.03得t=1.84h 1%0.3%3距表面0.60mm处的碳含量达到0.3%所需的时间为1.84h。2-48含0.20%碳的碳钢在927今进行气体渗碳，此时D=1.28*10-11m2s-1，若表面含碳量为1.2%，试求渗碳10h后距表面1.5mm处的碳含量。解：Cs=1.2% C0=0.20%3erf=erf=erf 1.105 =0.8835 0=erf，
28、即1.2%1.2%0.2%=0.8835，得Cx=0.32%渗碳10h后距表面1.5mm处的碳含量为0.32%。-1-12-49计算550时铜在铝中的扩散系数（D0=1.5*10-5m2s,Q=191kJmol）。解：D=0 RT=1.5105191103=1.1310171550时铜在铝中的扩散系数为1.1310171。思考题1固态相变，结构弛豫，非晶态的晶化和熔体结晶有何异同？解： 固态相变在温度、压力、成分改变时。固体材料的T Tg，相变驱动力大，成核功小，利于成核和晶体生长；粘度大，固相内扩散，扩散慢，不利于成核和晶体生长，更有利于保持非晶状态。熔体冷凝结晶：TgTTm，液体内的扩散2
29、在 fg点之间的不同成分的合金，标注其室温组织的构成?解：不同成分合金的室温组成如下图所示：3分别求W(Sn)=61.9%和W(Sn)=50%时，在183转变时，各相的相对含量?解：W(Sn)=61.9%w =97.561.9.97.519100%=45.35%，w =1w =54.65%W(Sn)=50%w =61.95061.919100%=27.74%，w =1w =72.26%思考题1固体表面结构的主要特点?解：固体表面结构的主要特点是存在着不饱和键和范德华力。晶体不同晶面的表面能数值不同，密排面的表面能最低，故晶体力图以密排面作为晶体的外表面；2固体表面对外来原子发生哪两种吸附? 并
30、比较其主要特征?解：物理吸附、化学吸附3解：表面能是增加单位面积的表面，需要做的功.扩张表面时。要克服原有原子、分子或离子之间的相互作用。作用力弱，做功小，表面能低。1）键性：表面能反映质点间的引力作用，强键力的金属和无机材料表面能较高。 低表面能物质：水0.059，石蜡 0.03， PE 0.035，PTFE 0.023，PA66 0.0472）温度：温度升高，表面能一般减小。热运动削弱了质点间的吸引力。3）杂质：含少量表面能较小的组分，可富集于表面，显著降低表面能；含少量表面能较大的组分，倾向于体共同点及其规律?解：沾湿：WA = G = gSg+ gLggSL 润湿：Wi= G = gs
31、g - gsL 铺展：S = G = gsg - gLg - gsL三种润湿的共同点: 液体将气体从固体表面排开，使原有的固/气(或液/气)界面消失，被固/液界面取代三种润湿的规律：沾湿粘附功Wa = A+ gLgWa = gSg + gLggSL浸湿Wi = A = gSggSL铺展S = A gLggSg越大，gSL越小，粘附张力A越大，越有利于各种润湿；沾湿：gLg大，有利沾湿；浸湿：gLg，无影响;铺展：gLg小，有利铺展。改变润湿性主要取决于gSg，gLg，gSL的相对大小，改变gSg较难，实际上更多的是考虑改变gLg和gSL。5润湿的本质是? 润湿方程解：润湿的本质是异相接触后体系
32、的表面能下降。润湿方程：gSggSL=gLgcos:自固液界面经液体内部气液界面的夹角。第三章材料的组成和结构Compositions and Structures of Materials思考题1 高分子材料组成和结构的基本特征解：平均分子量大和存在分子量分布；高分子链具有多种形态；分子链间以范氏力为主，部分化学键；分子内为共价键；组成与结构的多层次性2比较高分子链的构型和构象解：构型为分子中由化学键所固定的几何排列，这种排列是稳定的，要改变构型必须通过化学键的断裂；构象为CC单键内旋转形成的大分子链在空间的不同形态（空间排列），构象之间的转换是通过单键的内旋转，分子热运动足以使之实现，各种
33、构象之间的转换速率极快，构象是不稳定的。3 比较分子链的近程结构对高分子链柔顺性的影响解：主链结构。极性小的碳链高分子，分子内相互作用不大，内旋转位垒小，柔性较大。 主链中含非共轭双键，相邻单键的非键合原子（带*原子）间距增大,使最邻接双键的单键的内旋转较容易，柔顺性好。主链中含共轭双键，因电子云重叠，没有轴对称性，电子云在最大程度交叠时能量最低，而内旋转会使键的电子云变形和破裂，不能内旋转，刚性链分子。主链含不能内旋转的芳环、芳杂环时，可提高分子链的刚性。取代基。侧基极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强，单键内旋转越困难，分子链柔顺性越差。氢键和交联结构的影响。高分子的分子内或分子间形成
34、氢键，氢键影响比极性更显著，增加分子链的刚性。4内聚能密度对高聚物结构和性能的影响解：5高分子共混物（合金）的制备方法解：化学共混：通过化学方法，把不同性能的聚合物链段连在一起，接枝共聚、嵌段共聚及互穿共聚等；物理共混：通过物理方法，把不同性能的聚合物混合在一起。机械共混、熔融共混及溶液浇铸共混等。工艺简单，共混时存在相容性问题。6与低分子晶体比较，聚合物晶体的特点。解：特点：链段排入晶胞，分子链轴常与一根结晶主轴平行；半晶结构（结晶不完全）；熔程范围较宽，结晶速度慢；晶体形态多样。7聚合物共混物（聚合物合金）的概念及其与共聚物的差别。解：概念：两种或两种以上的聚合物，通过物理或化学方法共混，
35、形成宏观上均匀、连续的高分子材料。区别：前者各组成聚合物通过分子间作用联系在一起，通过各组成聚合物的结构互补实现其性能互补；后者是各单体单元在一定条件下，通过化学键结合在一起，即在同一高分子链上同时存在两种或多种结构单元，共聚物的性能由这些结构单元共同贡献。8简述高分子材料的织态及微区结构的形成过程。解： 9热固性聚合物和热塑性聚合物 10聚合物共混物和聚合物共聚物解：共混物，两种或两种以上的聚合物，通过物理或化学方法共混，形成宏观上均匀、连续的高分子材料。共聚物，两种或两种以上单体聚合形成的产物。思考题1铁碳合金中的一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体的主要区别是什么?
36、解：一次渗碳体：w(C) 4.3%时，从液相中直接结晶出的粗大片状渗碳体。二次渗碳体：w(C) 0.772.11%时，从奥氏体晶界析出的网状次生渗碳体。三次渗碳体：w(C) <0.0218%时，从基体相铁素体的晶界上析出的微量片状渗碳体。共析渗碳体：w(C) 0.77时，铁碳合金在727发生恒温共析转变，形成珠光体，珠光体是共析铁素体和共析渗碳体的片状混合物。共晶渗碳体：w(C) 4.3%时，铁碳合金在1148发生恒温共晶转变，形成莱氏体，莱氏体是共晶奥氏体和共晶渗碳体组成。2根据铁碳相图，计算二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。解：当碳含量为2.11时，二次渗碳体的数量达到最大值W（
37、Fe3C）= (2.11-0.77)/(6.69-0.77) =22.6 %当碳含量为0.0218时，三次渗碳体的数量达到最大值W（Fe3C）= (0.0218-0)/(6.69-0) =0.33 %3根据铁碳相图，说明各点（A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、N、P、S和Q）的含义。作业题1 分析铁碳合金的三相平衡转变(3条水平线)过程；解： 包晶转变（HJB），在1485，含C为0.53%的液相与含C为0.09%的相作用,生成含C为0.17%的(A)相奥氏体。 共晶转变（ECF），含C为4.3%的液相，生成 (A)相奥氏体和渗碳体的混合物(Ld，莱氏体) 共析转变（PSK），含C为0.
38、77%的奥氏体，转变为含C为0.0218%的铁素体和渗碳体的混合物(P，珠光体)2 分析w(C) 0.77、w(C)1.2、w(C)4.3、w(C)4.5的铁碳合金从液态平衡冷却到室温的转变过程，用组织示意图说明各阶段的组织变化。解：w(C) 0.77w(C)1.2 共析钢0.77%的结晶过程过共析钢的结晶过程 w(C) 4.3 w(C)4.5 3 计算w(C) = 0.77%和w(C) = 0.40%的铁碳合金从液态平衡冷却到室温下的组织组成物和相组织物含量。解：w(C) = 0.77%w(C) = 0.40%4 按含碳量，对铁碳合金进行分类，并表示该铁碳合金在室温下的组织组成物。碳对铁碳合
39、金机械性能有何影响。含碳量对铁碳合金的机械性能影响极大，含碳量增加到一定程度后就会引起质的变化，碳含量越大，硬度越大，韧性越差，延展性也就越差。 思考题1铁碳合金中碳的存在形式。灰铸铁,白口铸铁，麻口铸铁的碳的存在形式有何不同。 解：铁碳合金中，碳的存在形式：与铁间隙固溶；溶入铁的晶格，形成间隙固溶体。化合态的渗碳体；亚稳态，在一定条件下分解为铁和石墨;游离态的石墨G :稳定态，可从铸铁熔液中析出，也可从奥氏体中析出。白口铸铁（碳以渗碳体形式存在，断口为白亮色） 灰口铸铁（碳以游离石墨形式存在，断口为暗灰色） 麻口铸铁（同时含有石墨和渗碳体，断口灰白相间） 2灰铸铁的组织特点，影响灰铸铁性能的
40、因素。 解：灰口铸铁：基体组织和石墨两部分组成基体（铁素体、铁素体-珠光体、珠光体）石墨 影响因素：石墨对铸铁机械性能的影响石墨：松软而脆弱的固态物质，抗拉强度<20MPa，延伸率趋近于零；石墨存在基体中，尤如一种裂纹或孔洞，分割削弱基体，破坏基体组织连续性；还会引起应力在该处集中，构成裂纹源。因而，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性都比钢铁低得多。 基体相同的情况下，石墨形状由片状 (普通灰铸铁)变为细片状 (孕育灰铸铁)和球状 (球墨铸铁)时，其对基体的削弱作用以及应力集中的程度将依次减弱，表现出抗拉强度依次升高。 基体对铸铁机械性能的影响基体中铁素体的数量增多，塑性、韧性提高；珠光体数量增
41、加，塑性、韧性降低，但强度、硬度有所增高。3灰口铸铁组织的形成过程中，石墨化过程的三个阶段。解：第一阶段高温石墨化CD由液相凝固形成一次石墨1154共晶转变，共晶石墨LCAEG (奥氏体石墨)；第二阶段中间石墨化1154738，碳溶解度下降，奥氏体成分沿ES变化，过饱和碳析出石墨，二次石墨GII。第三阶段低温石墨化 PQ738,共析转变，共析石墨AS FG(铁素体石墨)；三次石墨G 4Fe Fe3C和FeG 相图二者的主要区别。解：在极为缓慢的冷却条件下，铁碳合金由FeG 相图进行结晶，FeG 相图在Fe Fe3C相图的上方，FeG更稳定。Fe Fe3C相图中凡是有渗碳体存在的相区，在FeG
42、相图中均由石墨取代；凡是析出渗碳体的点线在FeG 相图中均析出石墨，只是位置稍有变化，其特征点温度和含碳量略有不同。5灰口铸铁的组织按其基体的不同，可分为哪三种。灰口铸铁的组织可看成是； 解：铁素体灰口铸铁、铁素体-珠光体灰口铸铁、珠光体灰口铸铁。灰口铸铁的组织可看成是钢加上片状石墨。6. 灰口铸铁和球墨铸铁在组织和性能上有何区别。解：灰口铸铁的组织特点是在基体上分布着片状石墨。球墨铸铁的组织特点是基体加球状石墨性能：球化越完整，球状石墨尺寸越细小，可减少应力集中，力学性能越优越；疲劳强度与中碳钢相似，耐磨性好，制造重要和形状复杂机械零件，如曲轴、连杆、涡轮、齿轮、水压机缸套等。思考题 1 硅
43、酸盐结构的基本特点和类型。解：硅酸盐晶体的结构特点：(1)结构中Si4+间没有直接的键，而是通过O2连结；(2) 以硅氧四面体为结构的基础； (3) 每一个O2只能连接2个硅氧四面体；(4) 硅氧四面体间只能共顶连接，不能共面连接。硅酸盐晶体的主要结构类型：岛状结构；组群状（环状）结构；链状结构；层状结构；架状结构。2 玻璃的定义及其通性，玻璃中的氧化物分为哪三类。解：定义：将原料加热熔融（熔体），快冷却（过冷却）形成，室温下保持熔体结构的固体物质，固体非晶态(无定形)物质。通性：各向同性；热力学介稳性；状态转化的渐变性。玻璃中的氧化物分为：网络生成体氧化物；网络外体氧化物；中间体氧化物。 作业题3高岭石Al4Si4O10(OH)8(Al2O32SiO22H2O)的结构。解：三斜晶系，单网层结构：硅氧四面体层+ 八面体层3+2下层为硅氧四面体层，硅氧四面体中的活性氧向上；上层为八面体层（由 1个Al，2个O , 4个OH组成）， 每一个活性氧同时连接1个硅氧四面体和2个AlO2(OH)4八面体，层与层间为氢键结合，结合力较弱，层间易解理成片状，但OH-O之间仍有一