1、第一章问答题1、 什么叫材料？材料必须具备的几个要点是什么？简述人类所使用材料的演变过程。答：材料是人们用来制造有用的物品、器件和构件的物质。材料必须具备以下几个要点：一定的组成和配比。制品的使用性能主要取决于组成的化学物质（主要成分）及各成分（主要成分与次要成分）之间的配比。成型加工性。即有一定的形状和结构特征。形状保持性。即以一定的形状出现，并在该形状下使用。经济性。即质优价廉，富有竞争性，乐于为社会和人们接受。回收和再生性。材料应为绿色产品，符合人类可持续发展战略，并应满足已经确定的社会规范、法律等。在原料的生产、材料的制造、施工、使用和废弃物的处理等环节，都应对维护健康、保护环境负责。
2、人类所使用材料的演变过程也是人类文明进步的过程，具体如下：旧石器（250 万年前）新石器（1 万年前）陶器青铜器公元 5000 年前） 钢铁（公元 1400 年前） 合成材料（近 200 年，经历蒸汽机、电、原子能、计算机 4 次革命） 新型材料（现在的信息技术） 。2、材料如何进行分类？答：按化学组元分，可分为金属、无机非金属、有机高分子材料。按状态分，可分为单晶、多晶质、非晶态、复合材料。按物理性质分，可分为高强度、高温、超硬、导电、绝缘、磁性、透光、半导体材料。按物理效应分，可分为压电、热电、铁电、光电、电光、声光、磁光、激光材料。按用途分，可分为建筑、结构、研磨、耐火、耐酸、电工、电子
3、、光学、感光、包装材料。3、材料在现代社会中有哪些重要作用？ 答：材料在现代社会中对新技术和高技术起着十分关键的作用，没有新材料就没有发展高新技术的物质基础，因此，所有工业发达国家都把新型材料的研究放在特别重要地位。例如新型材料可用作敏感元件。新型无机材料以及它所具有的全失电、压电、半导、磁性能及对外界环境产生的敏感反应等，使它可用作制造稳定可靠的敏感元件或感应器。例如压电陶瓷可用作测压力、应力及振动的传感器；半导性陶瓷是氧分压测定的最常用传感器；氧化钛、氧化锌材料是作为若干碳氧化合物气体敏感元件的基础。这些传感器越来越普遍地以薄膜的形式使用，因此它们与半导体集成电路相结合是今后的发展方向。新
4、型材料可用作集成电路及电容器，变阻器等。先进无机材料中的电子陶瓷，利用无机材料一般具有较大的禁带宽度，可在很宽的范围内调节它们的介电，光及导电性能。近年来，薄膜多层结构用于集成电路及电容器方面进展迅速。其集成度、速度成百倍的提高，无机多层封装结构日趋微小，精度越来越高。铁电陶瓷、陶瓷变阻器要求严格的显微结构与晶界组成的控制，研究进展同样很快。目前超细结构的变阻器材料已使它的耐压特征从 5kV/cm 提高到120kV/cm。新型材料可用作结构材料。新型无机材料的许多性能特征使它在结构材料领域具有许多现实的和潜在的应用价值。它们的重要应用领域包括切削工具，在各种恶劣环境下的耐磨材料，防弹等军用材料
5、，人工骨骼、牙齿等生物陶瓷材料，以及近年来颇能引起关注的陶瓷发动机材料等。4、根据你掌握的情况，展望一下未来材料的发展趋势。答：材料是一切技术发展的物质基础。随着现代科学技术的飞速发展 ,各种适应高新科技的新型材料不断涌现，为新技术划时代的突破创造了条件。新型材料的特点是高性能化，高功能化，高复合化。材料科学已成为多学科互相交叉、相互渗透的科学。进入 21世纪，各种新型材料的研制、开发与应用，日新月异，与日俱增。新型材料应用的实例，已是随处可见。未来材料的发展趋势如下：1）继续重视高性能的新型金属结构材料。高性能材料就是指具有高强度、高韧度、耐高温、耐低温、抗腐蚀、抗辐射等性能的材料。在我国，
6、新型金属材料仍然是 21 世纪的主导材料。2）结构材料趋于复合化 先进的多相复合材料。由于单一材料存在难以克服的某些缺点，所以把不同材料进行复合以得到优于原组分的新型材料，就成为结构材料发展的一重要趋势。第二章问答题1、材料结构的测试方法？答：材料结构的测试方法有以下几种：（1）宏观组织结构测试，是人们用肉眼或放大镜所能观察到的粗大晶粒或相的集合状态。（2）显微组织结构测试，即借助光学显微镜和电子显微镜观察到的晶粒或相的集合状态，其尺度约为 10-710 -4m。（3）原子排列结构测试， 即用 X衍射测试， 约为 10-10m 。（4） 原子的电子结构测试，这种结构的尺度更小 ，电子间相互作用
7、，需用量子力学、量子化学和固体物理等方面的知识研究。2、聚集态原子间是如何相互作用的？答：聚集态原子间是由无数的原子或晶粒聚集而成的固体，对处于这类状态的材料称之为聚集体。聚集态原子间的作用力有吸引力与排斥力。每一种力的大小均是原子间距离的函数。引力 FA 是异性电荷之间的库仑吸引力；斥力FR 的来源有二 :同性电荷之间的排斥和泡利不相容原理所引起的斥力，泡利斥力是主项，它是两个原子的闭壳层(即核外排满电子的壳层)开始重叠后所产生的强烈的排斥作用。总作用力 FN 即是二者之和，即FN=FA +FR3、原子间结合键的类型，什么是一次键、二次键？ 答：原子间存在着结合力，好像有很多小弹簧把原子联接
8、起来，使材料保持一定的几何形状，这种结合力又称为结合键(化学上称化学键) 。原子间结合力的大小对材料的性质有显著影响。根据结合力的强弱，可把结合键分成一次键和二次键两大类。（1）正、负离子经库仑静电引力相互结合起来的化学键即离子键；相邻原子共同占有其部分价电子，使每个原子的最外层电子处于满壳层状态，将相邻原子结合起来，这种化学键称为共价键；金属及合金中的主要化学键（金属键） 。氢键和范德瓦尔斯键均为二次键。一个中性的氢原子通常只和一个另外的原子形成共价键；但由于氢的特殊性，它与负电性大的原子 X 结合后，还可以与第二个负电性大的原子 Y 结合，以 X-HY表示，例如 F-HF，O-H O，N-
9、HO 等，其中 X-H 基本上是共价键，HY 则是一种很强的偶极矩相互作用，称作氢键。 范德瓦尔斯键即电子在原子中瞬时位置的变化产生电偶极矩彼此相互作用，引起原子或饱和分子间的吸引而相互结合，这种结合键也称为分子键。第三章问答题1、无机非金属材料结构的基本特征是什么？其组成有什么不同？答：无机非金属材料结构的基本特征是由离子键构成的离子晶体，也有由共价键组成的共价晶体(如SiC) 。较简单的晶体结构为金刚石型立方结构、氯化钠和氯化铯结构、晶态氧化硅结构。较复杂的结构为硅酸盐结构和玻璃结构。其中非金属元素的原子半径大，它们可以排列成各种不同的晶系(如简单立方、面心立方、密排六方) ，从而组成离子
10、晶体的“骨架“。金属原子的直径小，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中。2、陶和瓷是如何定义的？可从哪几个方面进行区别？ 答：陶器是以粘土为主要原料在1100以上烧制成的制品。陶器 瓷器胎料 普通的粘土 瓷土（高岭土）温度 一般1100 度表层 不施釉或低温釉 多施釉吸水性胎质粗松，断面吸水率高胎体坚固致密，断面基本不吸水，敲之发出清脆的金属声响 3、简述陶瓷材料的分类、组成、结构及生产工艺？答：陶瓷可以分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类。普通陶瓷又可分为日用陶瓷、建卫陶瓷、电瓷和化工瓷，见下表。特种陶瓷可分为结构陶瓷和功能陶瓷。陶瓷的组成主要是离子键与共价键，而且往往是两种键
11、杂交在一起。多数氧化物以离子键相结合，而在一些非金属的碳化物、氮化物中，共价键占主导地位。陶瓷的结构主要由晶粒、基质（玻璃相）、晶界、晶界析出相、晶界闭气孔、粒内析出相、粒内闭气孔、表面层和开口气孔等组成。普通陶瓷的生产工艺为：混合（将粘土或瓷土及其它长石、适应等矿物原料破碎加工按比例混合）球磨称浆并陈腐成型并施釉干燥烧结冷却陶器成品。特种陶瓷一般将高熔点氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物等作为主要原料，采用超细粉碎、静压成型、热压烧结等现代化的工艺手段制备而成。4、根据你所掌握的情况，高技术陶瓷以后应如何发展？答：高技术陶瓷的性能特殊，以后会在电子、航空航天、生物医学等领域有广泛的用途，
12、它可分为结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷是指具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的先进陶瓷(现代陶瓷) ，特别适于高温下应用的则称为高温结构陶瓷。功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷(现代陶瓷)。下一步的发展是纳米陶瓷，是指显微结构中的物相就有纳米级尺度的陶瓷材料。它包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等在纳米量级的尺度上。纳米陶瓷是当今陶瓷材料研究中一个十分重要的发展趋向，它将促使陶瓷材料的研究从工艺到理论、从性能到应用都提高到一个崭新的阶段。可用于航空航天、电工电子、生物医学等许多领域。5、叙述耐
13、火材料的分类、组成？为什么不定型耐火材料是今后发展的方向？答：（1）按矿物组成：氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、橄榄石质、尖晶石质、碳质、锆质及特殊耐材（2）按制造方法分：天然矿石和人造制品。（3）按其方式分：块状制品和不定形耐火材料。（4）按热处理方式：不烧制品、烧成和熔铸制品。（5）按耐火度分：普通、高级及特级耐火制品。 （注：1 ）普通耐火材料，耐火度为1580-1770度。2)高级耐火材料，耐火度为1770-2000度。3)特级耐火材料，耐火度高于2000度。 ）（6）按化学性质分：酸性、中性及碱性耐火材料。（7）按其密度分：轻质及重质耐火材料。（8）按制品的形状和尺寸分：标准砖、
14、异形砖、特异形砖、管和耐火器皿等。（9）按其应用分：高炉、水泥窑、玻璃窑、陶瓷窑。由于不定型耐火材料生产只经过粒状、粉状料的制备和混合料的混练过程，因此其过程简便，成品率高，供应较快，热能消耗较低。加之其可制成任何形状的构筑物，用适当的增强法还可制成坚固的整体构筑物，所以，适应性强，施工过程简单，生产效率高。另外，当耐火砖的砌体或整体构筑物局部损坏时，还可利用喷射、抛投设备进行冷态或热态修补，既迅速又经济。随着不定型耐火材料新技术的快速发展，许多优异性能的新产品层出不穷，所以是今后发展的方向。6、水泥是如何分类的？其生产工艺如何？ 答：水泥按其所含的主要水硬性矿物，可分为：硅酸盐水泥、铝酸盐水
15、泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。按其用途、性能，可分为：通用水泥 土木工程、普矿渣、火山灰、粉煤灰 （ Portland 、ordinary 、 slag 、fly ash ,composite ）专用水泥 有专用用途的。砌筑水泥、油井水(Oilwellcement) 。特性水泥 某特性突出的一类，快硬、抗硫酸，膨胀硫铝酸盐水泥的生产工艺是：把磨细的石灰石、粘土、铁粉按比例混合后，在回转窑中经过1450的高温烧成熟料，然后加入混合材和调凝材料（主要是石膏）经水泥磨磨成水泥。7、根据你所掌握的情况，耐火材料、水泥以后应如何发展？ 答：根据我所掌握的情况，耐火材料以后应向不定型耐火材料方面发展，主要是因为其过程简便，成品率高，供应较快，热能消耗较低。另外，高耐火度的耐火材料，在航空航天方面也有需求。水泥以后发展的方向为：（1）加快企业技术改造步伐，实现水泥生产能力增长。以发展预分解窑技术为主的突破预分解窑水泥的发展要依托现有企业，以老厂改造和扩建为主。重点支持大型企业（集
