材料化学知识点

材料化学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纯物质完美晶体在0K时的熵值为零，数学表达式为S*（T）=0J·K-1。2.麦克斯韦关系式为(𝜕𝑇𝜕𝑃)𝑠=−(𝜕𝑉𝜕𝑆)𝑃、(𝜕𝑇𝜕𝑣)𝑠=−(𝜕𝑝𝜕𝑆)𝑣、(𝜕𝑆𝜕𝑉)𝑇=−(𝜕𝑉𝜕𝑇)𝑉、(𝜕𝑇𝜕𝑃)𝑠=−(𝜕𝑉𝜕𝑆)𝑃、(𝜕𝑆𝜕𝑃)𝑇=−(𝜕𝑉𝜕𝑇)𝑃.3.偏摩尔吉布斯函数又称化学势，定义为：μ𝐵=𝐺𝐵=(𝜕𝐺𝜕𝑛𝐵)𝑇,𝑃,𝑛𝑐4.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。5.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-气界面及液-气界面称为表面。6.表面张力一般随温度和压力的增加而降低。且σ金属键σ离子键σ极性共价键σ非极性共价键7.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）、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。8.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：气液平衡时稀溶液中溶剂A在气体中的蒸汽压pA等于同一温度下该溶剂的饱和蒸汽压pA*与溶液中溶剂的摩尔分数xA的成积。pA=pA*xA2、亨利定律：在一定温度下，稀溶液中易挥发物质B在气象中的分压pB于其在平衡相中的摩尔分数xB成正比。pB=kx,BxB3、基元反应：化学反应中并非都是由反应物直接到生成物，而是由若干真实步骤进行的，这些步骤称为基元反应；4、质量作用定律：基元反应速率与反应中各反应物浓度的幂乘积成正比这一规律称为基元反应的重量作用定律。5、稳态近似处理：在化学反应中若k1≤k-1+k2，即假定反应物中物B非常活泼，在反应过程中没有积累，这种假定中间物浓度不随时间而改变的处理方法，称为稳态近似处理。6、极化：当电化学系统中有电流通过时，两个电极上实际电势将偏离其平衡电势，这种现象成为电极的极化。7、相图：又称平衡状态图，是用几何的方式来描述处于平衡状态时，物质的成分，相和外界条件相互关系的示意图。三、简答题1、简述什么是亚稳状态，其形成原因及在生产中如何处理。答：亚稳状态是一种热力学不稳定状态，但在一定条件下能长期存在的状态。它包括过饱和现象，过冷现象。过饱和现象：当饱和溶液冷却时，随着温度下降，溶质溶解度下降，此时有晶体析出，但新析出的晶体尺寸很小，且其溶解度较平常情况偏大因而又被溶解，导致溶液过饱和。过冷现象：当熔体冷却到正常凝固点T0时，晶体本应从液体中析出，但由于新相的晶粒很小，蒸汽压较大，需在更低的温度是才能凝固，故实际熔体的点比理论值低，这种现象称为过冷现象。过饱和现象和过冷现象的处理方法是：在此溶液中加入一块小的溶质晶体作为“晶种”或者摇晃，即能引起过饱和溶液中溶质的结晶或凝固。2、简述物理吸附和化学吸附的区别。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3、简述热分析法绘制相图的步骤。现将样品加热成液态，然后令其缓慢而均匀的冷却，记录过程中系统在不同时刻的温度数据，以温度为纵坐标，时间为横坐标，绘制成温度-时间曲线，即冷却曲线，由若干条组成不同的冷却曲线可绘制出相图当出现相变时，冷却曲线发生转折，转折点就是相变点。测出各种不同成分的相变温度，把这些数据引入以温度为纵坐标，以时间为横坐标的坐标系，链接相关点，可得到相应的曲线。所有曲线把图分为若干个区间，这些区间分别限定了温度、成分的范围，称为相区。通过必要的组织分析测出各种相区所含的相，将其名称分别标注在相区中，即成相图。。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.液相沉淀法是指在原料液中添加适当的沉淀剂，从而形成沉淀物的方法。该法分为直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法。5.固相反应按反应物状态不同为纯固相反应、气固相反应、液固相反应及气液固相反应，按反应机理不同分为扩散控制过程、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，按反应性质分为为氧化反应、还原反应、加成反应、置换反应和分解反应。6.合成新材料的一个巧妙的方法是以现有的晶体材料为基础把一些新原子导入其空位或有选择性的移除某些原子，前者称为插层法，后者称为反插层法第五章金属材料一、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AlZn，CuFe4.根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，可将固溶体分为置换固溶体、间隙固溶体和缺位固溶体三种。5.Q235AF表示屈服强度值为235Mpa的A级沸腾钢。6.根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将铝合金分为变形铝合金、铸造铝合金两类7.冶金的方法很多，根据过程性质可以分为物理冶金、化学冶金；根据冶金过程工艺不同分为火法冶金、湿法冶金、电法冶金。二、名词解释1、光电效应：金属在短波照射下能放出电子的现象。2、合金：由两种金属（金属与非金属）以上组成的有金属性质的物质。3、固溶体：合金在固态下由不同组元相互溶解而形成的相。4、间隙化合物：是由过渡金属硼、碳、氮、氢等原子直径较小的非金属元素形成的化合物。5、奥氏体：是碳在γ-Fe中的间隙化合物。6、马氏体：钢骤冷至150℃下时，仍不能冻结在奥氏体中，也不能转化为铁素体和渗碳体的混合物，而变为质地很脆很硬的马氏体。三、简答题1、为何细晶粒金属的强度和塑性都比粗晶粒高？答：塑性变形时，晶体内原子沿晶面而滑动，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界对变形的影响很大。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，可使相邻但未产生滑动的晶粒滑动。这样的滑动由少数晶传递到整体，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性都比粗晶粒金属高。2、为何不能在室温下连续地将一块钢锭经多次轧制而制成薄钢板，而必须经过若干次轧制和加温再结晶的重复工序，才能制出合格的钢板？答：因为经过塑性变形过的金属，由于晶面之间产生相互滑动、晶粒破碎或伸长等原因，致使金属产生内应力，从而发生硬化以阻止再产生滑动，这使金属的强度、硬度增加，塑性，韧性降低。硬化的金属结构处于不稳定状态，有自发向稳定状态转化的倾向。加热提高温度，原子加速运动可促进这种转化以消除内应力。加热时应力较集中的部位，能量最高，优先形成晶核，进行再结晶。经再结晶的金属硬度和强度降低，塑性和韧性提高，使金属恢复到变形前的性能。所以不能在室温下连续地将一块钢锭经多次轧制而制成薄钢板，而必须经过若干次轧制和加温再结晶的重复工序，才能制出合格的钢板。3、简述储氢合金的储氢原理。答：在一定温度和压力下，许多金属、合金或金属间化合物与氢能生成金属氢化物。反应一般是在吸收少量的氢时，金属、合金或金属化合物的结构不变，当氢含量提高到一定量时氢与金属、合金或金属化合物生成金属氢化物，如果氢压高，可以形成过饱和氢化物，金属、合金或金属化合物与氢反应是可逆过程，改变温度和压力条件可以使金属氢化物释放出氢。4、简述形状记忆合金的特征。答：形状记忆合金的特征可概述为，材料在某一温度下受力而变形，当外力去除后，仍能保持其变形后的形状，但当温度上升到某一数值时，材料自动恢复到变形前原有的形状，似乎对以前的形状保持着记忆。第六章无机非金属材料一、填空题1.典型的无机非金属材料的晶体结构有AX型晶体、AX2型晶体、A2X3型晶体、ABO3型晶体、AB2O4型晶体以及金刚石和石墨的晶体等类型。2.P2O5、SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3这几种金属氧化物中，酸性最强的是P2O5，碱性最强的是Al2O3。3.陶瓷材料按化学成分分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等几种。4.普通陶瓷是用粘土、长石、石英等原料烧制而成。5.在硅酸盐水泥中有四种矿物，即硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铝酸四钙。6.水泥凝结硬化分为三个阶段，分别是溶解期、胶化期、硬化期。二、简答题1.无机非金属材料的结合键包括几类？由它们组成的材料性能有何区别？无机非金属材料中主要以离子键、共价键和其混合键组成。所以键的比例对性能具有决定性作用.由于二者具有相对高的能量,其混合键的键能也较大,从而给无机非金属带来熔点高、硬度高、脆性大、透明度高、导电性低的性质特点2.试描述无机非金属材料的各种性能。热学性能:耐高温,膨胀系数对所观察晶轴方向上的各向异性有特别显著的依赖性力学性能:硬度高,符合胡可定律,绝大多数呈现脆性,在适当条件下,也会存在可延展性电学性能:一般不具有自由电子,导电性较差,多为绝缘体磁学性能:强磁性,高电阻,低松弛损失光学性能:多样复杂,包括对光的折射,反射,吸收,散射和透射,以及受激辐射光放大等特性化学性能:多由氧化物构成,随着键合力的增加酸性越强,碱性越弱.3.陶瓷材料都包括哪些陶瓷？其性能、应用有何区别？陶瓷名称氧化物陶瓷碳化物陶瓷氮化物陶瓷硼化物陶瓷性能、应用种类繁多，应用广泛一般具有比氧化物更高的熔点具有优良的综合力学性能和耐高温性能应用并不广泛，主要作为添加剂或第二相加入其他陶瓷中4.水泥的硬化过程如何?水泥的凝结硬化过程分为三个阶段：溶解期、胶化期、和硬化期。（1）溶解期，水泥遇水后，颗粒表面进行化学反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙。前两个化合物在水中易溶解，随着他们的溶解水泥颗粒新表面产生了，再与水发生反应使周围水溶液很快成为它们的饱和溶液。（2）胶化期。紧接着溶解期，水分继续深入颗粒内部，使内部产生的新生物不能被溶解，只能以分散状态胶体析出，并包围着颗粒表面形成一层胶体薄膜使水泥浆具有良好的塑性。随着反应继续进行，新生物不断增加，凝胶体不断变稠，是水泥失去塑性而表现为水泥的凝结。（3）硬化期。随着水泥胶化期的完成，胶体内水泥颗粒未水化的部分继续吸收水分进行反应。因此，胶体逐渐脱水而紧密，同时氢氧化钙和含水硅酸钙由胶体转变为稳定的结晶相，析出结晶体嵌入凝胶内，两者相互交错使水泥产生强度。（4）水泥硬化后，生成的氢氧化钙微溶于水，与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙硬壳可以防止氢氧化钙的溶解。5.功能陶瓷包括哪些陶瓷？分别描述其性能及特点。功能陶瓷半导体陶瓷压电陶瓷磁性陶瓷生物陶瓷性能及特点导电性介于导体和绝缘体之间的一类陶瓷，种类繁多。当温度、湿度、电场、光等其中一个条件发生变化时，导电性会发生变化在此类陶瓷两个界面加一定的电压，这些物质则产生交变振动，且这种过程具有可逆性。其在磁场中能够被强烈磁化，应用范围广在人体内化学稳定性好，组织相容性好，无各种排异现象，抗压强度高，已于高位消毒，但脆性大，成型加工较难。第八章复合材料一、填空题1．按基体材料不同，复合材料可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料等。2．按增强形态不同，复合材料可分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、板状增强体、编织复合材料。3．复合材料的命名以相为基础，方法是将增强相或分散相放在前，基体相放在后。再缀以“复合材料”。如有硼纤维和环氧树脂构成的复合材料称为硼纤维环氧树脂复合材料。4．碳/碳复合材料是由碳纤维增强体与碳基体组成的复