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1、材料化学考前小练第二章化学基础知识一、 填空题1. 热力学第三定律的具体表述为0K时纯物质完美晶体的熵值为零，数学表达式为S*（T）=0（JK-1）或S*（完美晶体，0K）=0JK-1。2. 理想稀溶液存在依数性质，即溶剂的蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高、渗透压的量值均与溶液中溶质的数量有关，而与溶质的种类无关。3. 人们将存在于两相间厚度为几个分子大小的薄层称为界面层，简称界面，有液-气、固-气、固-液、液-液、固-固界面，通常把固-气界面、液-气界面称为表面。4. 表面张力一般随温度和压力的增加而降低。5. 按照氧化态、还原态物质的状态不同，一般将电极分成第一类电极（金属电极、气体电极）
2、、第二类电极（金属-难溶盐电极、金属-难溶氧化物电极）、氧化还原电极三类。6. 相律是描述相平衡系统中自由度、组分数、相数之间关系的法则。其有多种形式，其中最基本的是吉布斯相律，其通式为f=c-p+2。二、 名词解释1. 拉乌尔定律拉乌尔定律指气液平衡时稀溶液中溶剂A在气相中的蒸气压pA等于同一温度下该纯溶剂的饱和蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数xA的乘积。2. 基元反应化学反应并非都是由反应物直接生成生成物，而是分若干真实步骤进行的，这些步骤称为基元反应。稳态近似处理稳态近似处理指假定中间物浓度不随时间而改变的处理方法。3. 相图相图又称平衡状态图，是用几何 (图解)的方式来描述处于平衡状态下，
3、物质的成分、相和外界条件相互关系的示意图。三、 简答题1. 简述物理吸附与化学吸附的区别。项目吸附力吸附分子层吸附温度吸附热吸附速率吸附选择性物理吸附分子间力多分子层或单分子层低小快无或很差化学吸附化学键力单分子层高大慢有第三章材料的制备一、 填空题1. 熔体生长法主要有提拉法、坩埚下降法、区熔法、焰熔法等。2. 物理气体沉积法是利用高温热源将原料加热，使之汽化或形成等离子体，在基体上冷却凝聚成各种形态的材料（如晶须、薄膜、晶粒等）的方法。其中以阴极溅射法、真空蒸镀较为常用。3. PECVD所采用的等离子种类有辉光放电等离子体、射频等离子体、电弧等离子体。4. 固相反应按反应物状态不同为纯固相
4、反应、气固相反应、液固相反应及气液固相反应，按反应机理不同扩散控制过程、化学反应速度控制过程、晶核成核速率控制过程和升华控制过程等，按反应性质分为氧化反应、还原反应、加成反应、置换反应和分解反应。二、 名词解释1. 水热法水热法指在高压釜中，通过对反应体系加热、加压，产生相对高温、高压的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解而达到过饱和、进而析出晶体的方法。2. 高温溶液生长法高温溶液生长法又称熔盐法，是采用液态金属或熔融无机化合物为溶剂，在高温下把晶体原料溶解，形成均匀的饱和溶液，通过缓慢降温或其他方法析出晶体的技术。3. 离子镀离子镀指蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子形式沉积在固体表面的
5、方法，是真空蒸镀与阴极溅射技术的结合。4. 化学气相沉积化学气相沉积法是指通过气相化学反应生成固态产物并沉积在固体表面的方法三、 简答题：1. 简述溶胶-凝胶法的原理及优缺点溶胶-凝胶法一般以含高化学活性结构的化合物 (无机盐或金属醇盐)为前驱体 (起始原料)，其主要反应步骤是先将前驱体溶于溶剂 (水或有机溶剂)中，形成均匀的溶液，并进行水解、缩合，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构，网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过后处理(如干燥、烧结固化)可制备出所需的材料。溶胶-凝胶法与其他方法相比具有许多独特的优点：（1）由于溶胶-凝胶法中所用的原
6、料首先被分散到溶剂中形成低黏度的溶液，因此可在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能是在分子水平上被均匀的混合；（2）经过溶液反应步骤，很容易均匀定量的掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂；（3）一般认为溶胶-凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固相反应时组分扩散在微米范围内，因此化学反应较容易进行且所需温度较低；（4）选择合适的条件可以制备各种新型材料。溶胶-凝胶法存在的问题：（1）所使用的原料价格比较昂贵，有些原料为有机物，对健康有害；（2）通常整个溶胶-凝胶过程所需时间较长，常需要几天或几周；（3）凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中会逸出许多气体及有机物，并
7、产生收缩2. 简述自蔓延高温合成的技术类型根据燃烧合成所采用的设备以及最终产物的结构等，可以将SHS分为6种主要技术形式。(l)SHS制粉技术：SHS中最简单的技术，反应物料在一定的气氛中燃烧，再粉碎、研磨燃烧产物，能得到不同规格的粉末。利用此技术，可以得到高质量的粉末。(2)SHS烧结技术：SHS烧结是通过固相反应烧结，制得一定形状和尺寸的产品，它可以在空气、真空或特殊气氛中烧结。利用SHS烧结技术可制得高质量、高熔点的难熔化合物产品。(3)SHS致密化技术：把SHS技术同致密化技术相结合得到致密产品的技术。常用的SHS致密化技术有SHS-加压法、SHS-挤压法、SHS-等静压。（4）SHS
8、熔铸：通过选择高放热性反应物形成超过产物熔点的燃烧温度，从而获得难熔物质的液相产品。高温液相可以进行传统的铸造处理，以获得铸锭或铸件，故该技术称为SHS熔铸。可用于陶瓷内衬钢管的离心铸造、钻头或刀具的耐磨涂层等。(5)SHS焊接：在待焊接的两块材料之间填进合适的燃烧反应原料，以一定的压力夹紧待焊材料，待中间原料的燃烧反应过程完成以后，即可实现两块材料之间的焊接，这种方法己被用来焊接SiC-SiC、耐火材料-耐火材料、金属-陶瓷、金属-金属等系统。利用该技术可获得在高温环境使用的焊接件。(6)SHS涂层：SHS制备涂层的工艺包括SHS熔铸涂层、SHS铸渗涂层、 SHS烧结涂层、气相传输SHS涂层
9、、SHS喷射沉积涂层、自反应涂层。第四章材料的性能一、 简答题1. 什么是腐蚀电池，其形成应具备哪些基本条件？当两种金属材料在电解质溶液中构成原电池时，作为阳极的金属被会腐蚀。这种能导致金属腐蚀的原电池为腐蚀电池。形成腐蚀电池必须具备三个基本条件：（1）不同金属或同种金属的不同区域间有电位差存在，且电位差越大，腐蚀越剧烈。较活泼金属的电位较低，成为阳极而遭受腐蚀；较不活泼金属电位较高，作为阴极起传递电子的作用，不受腐蚀。（2）两极材料共处于相连通的电解质溶液中。潮湿的空气因溶解了SO2 等酸性气体，构成电解质溶液。（3）具有不同电位的金属之间必须有导线连接或直接接触2. 什么是材料的强度指标？
10、这些指标各代表什么含义？e 弹性极限、s 屈服强度、b 抗拉强度和k 断裂应力为材料的强度指标。为在弹性变形阶段，弹性变形的最大值所对应的应力称为弹性极限。应力随应变增加而继续增大，但达到某一个值后反而下降，该值为材料的屈服强度(yield strength,)，表示材料开始发生明显塑性变形的抗力。当应力达到最大值时，试样的均匀变形中止，值称为材料的抗拉强度 (tensile strength)或极限强度，表示材料在载荷作用下发生断裂前的最大应力。在b以后，试样开始发生不均匀塑性变形并形成颈缩 (necking)，应力下降，当应力达k时，试样断裂。k称为材料的断裂应力 (fracture st
11、ress)，表示材料对塑性变形的极限抗力。3. 什么是材料的疲劳？有哪些指标反应材料的疲劳性能？疲劳(fatigue)指材料在循环受力 (拉伸、压缩、弯曲、剪切等)下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。疲劳性能就是材料抵抗疲劳破坏的能力，常以S-N曲线表征，S为应力水平，N为疲劳寿命，即在循环载荷下，产生疲劳破坏所需的应力或应变循环数。在S-N曲线上，对应某一寿命值的最大应力称为疲劳强度。由图3-5可见，高应力下寿命较短，随着应力降低，寿命不断增加。经过无限多次循环应力作用而材料不发生断裂的最大应力，称为疲劳极限，用s-1表示。
12、鉴于疲劳极限存在较大的分散性，把疲劳极限定义为指定循环基数下中值的疲劳强度。4. 什么是热膨胀，其受什么因素影响？物质的体积都随温度的升高而增大，这种现象称为热膨胀。材料的热膨胀性与材料中原子结合情况有关，结合键越强则原子间作用力越大，原子离开平衡位置所需的能量越高，则热膨胀系数越小。结构紧密的晶体的热膨胀系数比结构松散的非晶体的热膨胀系数大；共价键材料与金属相比，一般具有较低的热膨胀系数；离子键材料与金属相比，具有较高的热膨胀系数；高分子材料与大多数金属和陶瓷相比有较大的热膨胀系数；塑料的线膨胀系数一般高于金属的34倍。5. 何谓压电效应，简述其产生原因？当对某些（如石英）晶体在一定方向上施
13、加机械应力时，在其两端表面上会出现数量相等、符号相反的束缚电荷；当作用力反向时，表面电荷电性也反号，而且在一定范围内电荷密度与作用力成正比。反之，石英晶体在一定方向的电场作用下，则会产生外形尺寸的变化，在一定范围内，其形变与电场强度成正比。前者称为正压电效应，后者称为逆压电效应，统称为压电效应。晶体的压电效应的本质是因为机械作用(应力与应变)引起了晶体介质的“极化”，从而导致介质两端表面上出现符号相反的束缚电荷，如果将一块压电晶体置于外电场中，由于电场作用，晶体内部正、负电荷中心产生位移，导致晶体发生形变，这个效应即为逆压电效应第五章金属材料一、 填空题1. 金属通常可分为黑色金属与有色金属两
14、大类，前者包括铁、锰、铬及其合金，主要是铁碳合金，常作为结构材料使用；有色金属通常指除钢铁之外的所有金属，常作为功能材料使用。2. 大多数金属单质采取的密堆积型式有：立方最紧密堆积、六方最紧密堆积、体心立方密堆积三种3. 导电性Al_Zn，Cu_ Fe4. 根据溶剂晶格中占据的位置不同，可将固溶体分为置换固溶体、间隙固溶体、缺位固溶体三种。二、 名词解释光电效应许多金属在光的照射下能放出电子，其中在短波辐射照射下能放出电子的现象称为光电效应。合金合金是指两种或两种以上的金属元素（或金属元素与非金属元素）组成的具有金属性质的物质。固溶体合金在固态下由不同组元相互溶解而形成的相称为固溶体. 即在某
15、一组元的晶格中包含其它组元的原子, 前一组员称为溶剂, 其它组元称为溶质.奥氏体奥氏体是碳在-Fe(晶胞参数a=356pm)中的间隙固溶体。C 原子无序地分布在 Fe 原子所组成的八面体空隙中，面心立方结构，塑性好强度低，有一定韧性，无铁磁性马氏体马氏体可看作是-Fe中含碳量可达到1.6%的过饱和固溶体。在淬火是C来不及扩散导致，体心正方结构，强度硬度高三、 简答题1. 为何细晶粒金属的强度和塑性都比粗晶粒高。金属在弹性变形时，晶格形状发生暂时的变化，原子间距改变，除去外力后又恢复原状。塑性变形时，晶体内原子沿晶面滑动，除去外力后不复原。钢材是由许多晶粒组成的，晶粒取向和晶粒间的晶界对变形影响很大。滑动一般不易穿过晶界，而在晶界上产生应力集中，这种集中的应力再加上外力，可使相邻并未产生滑动的晶粒开始滑动。这样滑动由少数晶粒传布到整体，不同取向的晶粒相互约束，相互协调，以适应外力的影响。所以细晶粒金属的强度和塑形都比粗晶粒高。晶粒细化后，晶界增多，而晶界上的原子排列不规则，杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错的通过，即阻碍塑性变形，也就实现了高强度。晶粒越细，在一定体积内的晶粒数目多，则在同样塑性变形量下，变形分散在更多的晶粒内进行，变形较均匀，且每个晶粒中塞积的位错少，因应力集中
