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1、 .wd.第1章绪论1材料科学与工程的四个 基本要素解：制备与加工、组成与构造、性能与应用、材料的设计与应用2金属无机非金属材料高分子材料的 基本特性解：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，局部范德华键；b.分子量大，无明显熔点，有
2、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.成型方法较多。第2章物质构造根基1在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原那么解：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规那么2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；电子构型的影响，惰性气体；非金属；过渡金属；碱金属；3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
3、以共价键结合，链与链之间以范德华力结合。4.将离子键，共价键，金属键按有无方向性进展分类，简单说明理由有方向性：共价键无方向性：离子键，金属键金属键： 正离子排列成有序晶格，每个原子尽可能同更多的原子相结 合， 形成低能量的密堆构造，正离子之间相对位置的改变不破坏电子与正离子间的结合力，无饱和性又无方向性。共价键：共用电子云最大重叠，有方向性离子键：正负离子相间排列，构成三维晶体构造，无方向性和饱和性5.简述离子键，共价键，金属键的区别6.为什么共价键材料密度通常要小于离子键或金属键材料金属密度高的两个原因： 第一，金属有较高的相对原子质量。 第二，金属键没有方向性，原子趋于密集排列。7.影响
4、原子(离子)间距的因素：1温度升高, 原子间距越大, 热膨胀性；2离子价 负离子的半径 其原子半径 正离子的半径3键能增强，原子距离缩短，键长减少 C-C 单, 双, 叁键 ；4相邻原子的数目 (配位数)配位数增加，相邻原子的电子斥力越大, 原子间距增大。相邻原子的数目越多，原子间距结合原子或离子有效半径越大。8.原子的电子排布式按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布。解：N:1s22s22p3O:1s22s22p4Si:1s22s22p63s23p 2 Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 Cu:1s22s22p63s23p63d104s1 Br:1s22s22
5、p63s23p63d104s24p59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异。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，大分子内的原子之间结合方式为共价键，而大分子与大分子之间的结合方式为分子键和氢键。复合材料：复合材料是由二种或者二种以上的材料组合而成的物质，因而其结合键非常复杂，不能一概而论。10比较键能大小，简述各种结合键的主要特点，简述结合键类
6、型及键能大小对材料的熔点密度导电性导热性弹性模量和塑性有何影响。解：键能大小：化学键能 物理键能共价键离子键 金属键 氢键 范德华力共价键中：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上下，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
7、瓷材料比金属具有更高热稳定性的 基本原因。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构造。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，分子之间堆垛不严密，加上组成的原子质量比较小，所以其密度最低。弹性
8、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，那么弹性模量越大。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。11.晶体的共同性质1 确定的熔点温度升高到某一值，排列方式解体，原子 成无规那么堆积，呈现液体；2自发形成规那么多面体外形的能力；3) 稳定性 能量最低状态；4) 各向异性 不同方向, 物理性能不同；5)
9、 均匀性 (一块晶体各局部的宏观性质一样)12.名词解释：致密度：晶胞中原子体积的总和与晶胞体积之比。13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，固体从一种晶体构造转变成另一种晶体构造。例：铁在不同温度下晶体构造不同， 906体心立方构造，- Fe 9061401面心立方构造， Fe 1401熔点1540 体心立方构造，- Fe 高压下(150kPa) 密排六方构造，Fe14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
10、性；低能量密堆构造。大多数金属晶体具有面心立方，体心立方和密排六方构造，金属晶体的原子排列比较严密，其中面心立方和密排六方构造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、挥发性低、导电能力较差和构造稳定等特点。配位数比金属晶体和离子晶体低分子晶体：范
11、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。15.2-1516书中各例题17.归纳总结3种典型金属构造的晶体学特点构造特征构造类型体心立方bcc面心立方fcc密排六方hcp点阵类型体心立方面心立方简单六面点阵常数aaa，c，c/a =1633最近原子间距d=3/2ad=2/2ad=a2/3+c2/4=a晶胞中原子数246配位数81212致密度0.680.740.7418.916时，-Fe面心立方的点阵常数为0.365nm，分别求100,111,112的晶面间距。属于立方晶系d=
12、a/h2+k2+l2，面心立方j、k、l不全为奇数或不全为偶数时d=a/2h2+k2+l2100面，d=a/2h2+k2+l22=0.1825nm111面，d=a/h2+k2+l2=0.2107nm112面，d=a/2h2+k2+l2=0.4470nm19. 2-39在温度为912，铁从bcc转到fcc。此温度时铁的两种构造的原子半径分别为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=41=(N1/Na)MFe/a31，2=(N2/Na)MFe/a321/2=N1a32/N2a31=0.986VO =
13、(V1V2)/V1=1V2/ V1Vo =10.986=0.014 其变化时的体积变化为0.014。2912时，由bcc转变为fcc，体积减小；912-1000，受热膨胀，体积增大20. 计算面心立方、体心立方和密排六方晶胞的致密度21. 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+)=0.097,r(Cl-)=0.181;c由计算结果，可以引出什么结论c结论：原子大小一样时，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。22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
14、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，称为超点阵或超构造。23 2-5724.如何根据固溶体密度判断固溶体类型ce间隙式固溶体c=e置换式固溶体ce缺位式固溶体25.举例说明非化学计量化合物判断其正负离子空缺情况组分偏移化学式的化合物即为非化学计量化合物如FeO中Fe2+氧化成Fe3+那么形成阳离子空位26.书上各例题27.铝为面心立方晶体，摩尔质量为26.97原子半径为0.143nm，求铝的密度c=N*M/Na*V28晶体缺陷的分类。肖脱基缺陷(Schottky Defect) 弗仑克尔缺陷 (Frenkel Defect)：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，原子逃逸到晶体外外表或内界面晶界。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
