材料科学与工程基础考试资料.doc

材料与科学工程基础复习资料第二章重点1物体的三种状态：固态、液态和气态（至于怎么形成的在课本P12页）2根据电子围绕原子的分布方式，可以将结合键分为5类，即离子键、共价键、金属键、分子间作用力和氢键。结合方式有两大类型：即基本结合（也叫化学结合，包括离子结合，共价结合和金属结合）和派生结合（也叫物理结合包括分散效用，分子极化和氢键）离子键概念：离子键是有原子核释放出最外壳层的电子变成正电荷的原子（正离子），与接收其放出电子变成带负电荷的原子（负离子）相互之间的吸引作用（库仑力）所形成的一种结合，分子间作用力包括取向力，诱导力和色散力，（具体形成原因在课本25页至32页）3在课本P53页。晶体是由原子（或离子、分子）在空间周期排列构成的固体物质。在晶体中，原子（或离子、分子）按照一定的方式空间做周期排列，隔一定的距离重复出现，具有三维空间的周期性。非晶态物质（玻璃体）：在他们的内部原子像液体那样杂乱无章地分布，没有周期性排列的规律，可以看作过冷液体。玻璃、塑料和松香晶体的特点： 1）熔点一定； 2）能自发地形成规则的多面体外形； 3）稳定性，即晶体中的化学成分处于热力学上的能量最状态 4）各向异性，即在晶体中不同的方向上具有不同的物理性质； 5）均匀性，即一块晶体各部分的宏观性质相同。晶体是一种均匀而各向异性的结构稳定性固体晶体的类型：离子晶体，共价晶体，金属晶体，分子晶体4在P77至81页 外来组分（离子，原子或分子）分布在基质晶体晶格内，类似溶质溶解在溶剂中一样，并不破坏晶体的结构，仍然保持一个晶相，称为固溶体(1)按溶质原子在点阵中所占位置分为： 置换固溶体：溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙中。(2)按固溶体溶解度大小： 有限固溶体：在一定条件下,溶质原子在溶剂中的溶解量有一个上限,起过这个限度就形成新相。 无限固溶体：溶质原子可以任意比例溶入溶剂晶格中形成的。如: CuNi (3)按溶质原子在溶剂中的分布特点分类 无序固溶体：溶质原子在溶剂中任意分布,无规律性。 有序固溶体：溶质原子按一定比例和有规律分布在溶剂晶格的点阵或间隙里，长程有序。 (4)根据固溶体在相图的位置划分： 端部固溶体（初级固溶体）和中间固溶体（二次固溶体）5影响置换型固溶体的因素：1离子大小2键的性质或者极化的影响3晶体结构型和晶胞的大小4电价的影响 影响间隙固溶体的因素1添加原子的大小是和晶格的结构密切相关的2添加到间隙位置中的离子，必定需要一些电荷来平衡以便保持点中性，方法是形成空位，生成置换型固溶体l 6在课本112页. 同素异构转变：改变温度或压力等条件，可使固体从一种晶体结构变为另一种晶体结构。3. 结构弛豫：是指在外界因素影响下，一个偏离了原来平衡态或亚稳态的体系回复到原来状态的过程4相：所谓“相”，是指系统中的宏观均匀的部分，或者系统内部物理性质和化学性质完全相同的部分。（课本118页）自由度：在不引起旧相消失和新相形成的前提下，体系中可自由变动的独立强度性质的数目，称为体系在指定条件下的“自由度”。（课本119页）6（课本131页）晶体中每个质点周围都存在着一个力场，在晶体内部，质点力场是对称的。但在固体表面，质点排列的周期重复性中断，使处于表面边界上的质点力场对称性破坏，表现出剩余的键力， 称之为固体表面力。 表面张力：由于表面层的分子受到指向物体内部并垂直于表面的作用力(合力)，使物体表面有自动缩小的趋势。表面能：表面能是增加单位面积的表面所需要做的功固体表面的特性：吸附，润湿（包括沾湿，浸湿，铺展），粘附（在课本135页至139页）(1) 沾湿(或附着润湿)：固体表面与液体表面相接触时，原气-固界面及气-液界面转变为固-液界面的过程。沾湿发生时液体仅能沾附在与固体的接触面上，而不能向固体表面的其它部位扩展(2)浸湿：当固体浸入液体时，气-固界面完全被 固-液界面所取代的现象。(3) 铺展：少量的液体在光滑的固体表面(或液体表面)上自动展开，形成一层薄膜的过程铺展过程是固-液界面取代固-气界面，同时又增大气-液界面的过程。第三章重点：在课本141页1 单根高分子链的结构单元数目叫聚合度 高分子链的形态主要取决于高分子链的形态！高分子材料的组成和结构是多层次的，包括高分子链结构，高分子链聚集态结构，高分子材料织态结构和微区结构!2根据主链上原子的类型，高分子链可以分为五大类！（课本144页）（1）碳链高分子概念：分子主链由C原子由共价键相连而成，大多由加聚反应制得。特点：分子量高，不易水解，易燃烧，易老化，耐热性较差。（2）杂链高分子概念：除C以外，主链上还含有O、N、S、Si等原子，多由缩聚反应或开环聚合反应制得。特点：分子量较低，一般主链带有极性，较易水解，耐热性和力学强度较C链高分子高，多用作工程塑料。（3）元素有机高分子 概念：主链由Si、P等元素和O组成，侧基为有机取代基。特点：具有无机物的热稳定性，又有有机物的弹塑性，但强度较低。（4）无机高分子 概念：主链不含C，也不含有机取代基团，完全由C、H之外的其他元素组成，例如：二硫化硅、聚氯化磷腈。特点：耐热性优异、阻燃，强度也较低（5）梯形和双螺旋高分子:高分子的主链不是一条单链，而是像“梯子”和“双股螺旋”结构的高分子。特点：这类高分子以双链形成主链，如果一根断裂，还有一根分子链可继续保持分子量而不降解，若两根链同时各有一处断裂，只要不是在同一个梯格里或圈子里，仍然不会降低分子量！3 高分子链的柔性判断，在课本的148至151页，此处比较重要。请大家一定要搞懂！柔性的判断：聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯 聚甲醛聚乙炔聚乙烯 聚丙烯聚氯乙烯聚丙烯腈4判断成分 黄铜（Cu-Zn合金） 青铜（Cu-Sn合金）白铜（Cu-Ni合金） 五 钢的牌号及应用 1 非合金钢 1)碳素结构钢 牌号： 例如 Q235F “Q” 表示屈服点，“235” 表示屈服点值为235MPa,“F” 表示脱氧方法（沸腾钢）。 用途 ： 碳素结构钢w(C)为0.06%0.38%。 主要用来制造一般工程结构和普通机床零件，通常轧制成各种型材、板材和线材等。2)优质碳素结构钢 例如 45钢 表示平均w(C)为0.45%的优质碳素结构钢。若为沸腾钢，则在牌号后加“F”符号，如08F。 若含锰量较高，则在数字后加“Mn”符号。用途： 主要用来制造比较重要的机械零件， 如轴、连杆、弹簧等。3）碳素工具钢牌号：是用规定符号T（碳字的汉语拼音字首）和数字表示。 例如 T10A “10”表示平均w(C)为1.0%，“A”表示高级优质。用途: 用于制造不受冲击、 高硬度、耐磨的工具，如锉刀、手锯条、拉丝模等。2低合金高强度钢牌号：例如 Q390A “Q”表示屈服点， “390”表示屈服点值为390MPa， “A”表示质量等级为A 级。用途： 低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理，综合力学性能良好，3合金钢1）合金结构钢 牌号： 例如 60Si2Mn, “60”表示平均w(C)=0.6% ，“ Si2 ”表示平均w(Si)=2%， “ Mn ”表示平均w(Mn)1.5%。用途：合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢，常用来制造重要的零件，如齿轮、轴类、弹簧等2）合金工具钢牌号：例1：低合金工具钢: 9SiCr “9” 表示平均w(C)=0.9%， “Si”表示平均w (Si) 1.5% ， “Cr”表示平均 w(Cr)1.5%。用途：合金工具钢的力学性能 优于碳素工具钢， 广泛用于制造各种刃具、量具、模具等。例2：高合金工具钢 高速钢：W18Cr4V平均w(C)为0.70.8%，“W18”表示平均 w(W)=18%，“Cr4”表示平均w(Cr)=4%，“V”表示平均w(V) 1.5%。用于制作车刀、刨刀、钻头、铣刀等4铸钢1)铸造碳钢牌号：例如 ZG230450 表示450b450MPa；b表示强度极限， 230s（0.2）230MPa；ZG “铸钢”汉语拼音首字母。s表示屈服极限性能特点： 有一定的强度和较好的塑性、韧性，焊接性能良好，切削加工性尚好。用途：作砧座、轴承盖、齿轮等。2)铸造合金钢牌号： 例如 ZG30MnSi1 30 W（C）为0.3%左右。 Si W（Si ）为0.91.4% Mn W（Mn）为0.91.4% 主要特点：耐磨性高。用途：用于受力较大的耐磨零件， 如链轮、齿轮、承力支架等六 1无机非金属材料主要有陶瓷，玻璃，水泥和耐火材料四大类2在无机非金属材料中，经常出现的键合形式有离子键，共价键，氢键，范德华键，离子-共价混合键，离子-共价-范德华混合键3硅酸盐结构包括岛状硅酸盐结构，环状硅酸盐结构，链状硅酸盐结构，层状硅酸盐结构，架状结构七 材料的塑性变形机理分为滑移和孪生（P278页）滑移是在材料在切应力作用下沿着一定的晶面和一定的晶向进行的切变过程，孪生是发生在金属晶体内局部区域的一个均匀切变过程！八：影响脆性-韧性转变的微观结构因素（P298页）1 晶格类型的影响2 成分的影响3 晶粒大小的影响4 第二相粒子的影响九 测量硬度的常用方法：压痕（压力）硬度法（包括布氏硬度、洛氏硬度法，维氏硬度法），回跳硬度法，刻痕（刻划）硬度法！（P304）十 摩擦与磨损（P309页）两物体接触区产生阻碍运动并消耗能量的现象，称为摩擦。运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐损失，这种现象称为磨损。二者的关系：摩擦是磨损的原因，而磨损是摩擦的必然结果十一 疲劳极限和疲劳强度（P320页）疲劳强度 （疲劳极限）材料在“无数”次重复交变载荷的作用下而不破坏的最大应力。当交变应力循环对称时，疲劳极限用-1表示。疲劳强度在疲劳试验机上测定，试验时，钢材的循环次数以107为基数；有色金属以108为基数。疲劳断裂的概念 零件在交变载荷作用下经较长时间工作而发生突然断裂的现象(交变载荷是指大小、方向随时间发生周期性循环变化的载荷)疲劳断裂过程包括三个阶段：裂纹产生，裂纹的扩展，断裂十二：影响电导率的因素（P339页）影响离子电导率的因素：1温度2晶体结构3晶格缺陷影响电子电导率的因素：1温度2杂质及缺陷的影响十三：材料的磁学性能（P363页）磁矩：描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量。平面载流线圈的磁矩定义为式中i为电流强度；S为线圈面积；n为与电流方向成右手螺旋关系的单位矢量。磁导率是表示磁性材料传导和通过磁力线的能力！十四：物理腐蚀（P397页）物理腐蚀是材料在环境介质作用下没有化学反应，而以物理变化发生破坏的腐蚀类型！高分子材料的物理腐蚀有溶胀和溶解，应力开裂和渗透破坏！十五：影响高分子材料耐溶剂性的因素！（P399页）1渗透性2溶剂化3温度4大分子链的柔性十六：铸造和焊接的概念铸造是将液体的金属材料浇铸到与零件形状和尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固后获得铸件的生产方法！焊接是利用两个物体原子间产生的结合作用连接成一体，连接后不能再拆卸的连接方法十七 同种元素的原子之间形成的共价键一定是非极性键；不同种元素的原子之间形成的共价键一定是极性键极性分子易溶于极性溶剂中；非极性分子易溶于非极性溶剂中。碘（非极性分子）易溶于四氯化碳（非极性分子），但是在水（极性分子）中溶解度很小。练习：下列物质中，1含离子键的物质是（A F ）；2含非极性共价键的物质是（C D I ）；3含极性共价键的物质是（B H）。A、KF B、H2O C、 N2 D、 F2E、CS2F、CaCl2、G、CH4H、CCl4I、 Br2J、 PH3 2 下列说法正确的是（A）A离子化合物中一定含有离子键B、共价化合物中可能含有离子键C以极性键结合的分子一定是极性分子D化学键只存在于分子之间3、在下列物质中：含离子键的物质是 B、E、H；含有共价键化合物的是 C、D、G、I、J 由极性键形成的非极性分子是 G、 D ；由非极性键形成的非极性分子是 A F 。A、Cl2B、NalC、 H2SD、 CO2E、 CaCl2F、 N2G、CCl4H、Na2OI、NH3J、HBr