概论习题及选读.docx

作业1 1.人类使用材料的历史经历了哪些时代？ 答：人类使用材料的历史经历了石器时代、青铜器时代、铁器时代、水泥时代、钢时代、硅时代、新材料时代。 2.材料的化学(键)分类和使用性能分类？ 答：材料的化学(键)分类：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料。 材料的使用性能分类：结构材料、功能材料。 3.什么是材料科学、材料工程、材料科学与工程？ 答：材料科学：一门以固体材料为研究对象，以固体物理、固体化学、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边缘交叉基础应用学科，是运用电子显微镜、X射线衍射、热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的规律的一门基础应用学科。 材料工程：运用材料科学的理论知识和经验知识，为满足各种特定需要而发展、制备和改进各种材料的工艺技术。 材料科学与工程：研究材料的组成与结构、合成与制备(工艺)、性能、使用效能(用途)四者之间相互关系和规律的一门科学。 4.简述无机非金属材料及其特点？ 答：无机非金属材料是一种或多种非金属元素(如O、C、N等，通常为O)的化合物，主要为金属氧化物和金属非氧化物，不含C-H-O链。 无机非金属材料的特点： ①组成：一种或多种非金属元素(如O、C、N等，通常为O)的化合物。 ②结构：结合键主要为离子键、共价键或离子－共价混合键。 ③性能：高熔点、高强度、耐磨损、高硬度、耐腐蚀和抗氧化的基本属性，宽广的导电性、导热性和透光性以及良好的铁电性、铁磁性和压电性，很差的延展性及耐冲击性。 ④合成与制备(艺)：(暂忽略)。 ⑤使用效能(应用)：(暂忽略)。 作业2 1.从CaO-SiO2二元相图分析矿物组成与化学组成、工艺条件的关系？ 答：①CaO-SiO2二元相图。 ②矿物组成与化学组成的关系：在870-1125℃之间，随着SiO2质量分数的降低，CaO质量分数的提高，所形成的矿物组成依次为α磷石英，α磷石英+β-CS，β-CS，β-CS+ C2S，C2S，C2S+C3S，C3S，C3S+CaO，CaO。 ③矿物组成与工艺条件的关系：在SiO2-CS区间，随着温度的升高，依次生成α石英+β-CS，α磷石英+β-CS，α磷石英+α-CS，α方石英+L，L。 2.计算[BO3]三角体和[SiO4]四面体中正负离子彼此相互接触的正负离子半径的比值。 答：①[BO3]三角体中正负离子彼此相互接触的正负离子半径的比值： ②[SiO4]四面体正负离子彼此相互接触的正负离子半径的比值： 3.为什么岛状、链状、架状硅酸盐晶体结构结构的桥氧数、硅氧比不同？ 答：由于[SiO4]四面体聚合形状不同，所以岛状、链状、架状硅酸盐晶体结构的桥氧数、硅氧比不同。 ①岛状硅酸盐晶体结构：桥氧数：0，硅氧比1:4。 ②链状硅酸盐晶体结构：单链：桥氧数：1，硅氧比1:3；双链：桥氧数：2.5，硅氧比4:11。 ③架状硅酸盐晶体结构：桥氧数：4，硅氧比1:2。 4.什么叫晶体缺陷？有哪些类型？ 答：①晶体缺陷：实际晶体中原子规则排列遭到破坏而偏离理想结构的区域。 ②晶体缺陷类型：点缺陷、线缺陷和面缺陷。 ③点缺陷：晶格位置缺陷(弗兰克尔缺陷、肖特基缺陷)、组成缺陷(间隙型杂质原子、置换型杂杂质原子)和电荷缺陷。 ④线缺陷：刃型位错、螺型位错。 ⑤面缺陷：与晶体结构无关的面缺陷：晶晶界和相界，与晶体结构有关的面缺陷：共轭相界、孪晶界、堆垛层错。 5.试说明图像分析法与非图像分析法的异同。 答：①相同点：图像分析法与非图像分析法均基于物理方法，其工作原理是以电磁波轰击样品激发产生透射、反射和吸收等特征物理信息，将这些信息加以分析从而确定物相组成和结构特征。 ②不同点：图像分析法是以显微术为主，既可根据图像的特点及有关的性质来分析和研究固体材料的相组成，也可形象地研究其结构特征和形貌特征，测定其各项结构参数，是材料的主要研究手段，其中最有代表性的是光学显微镜分析和电子显微镜分析。 非图像分析法分为衍射法和成分谱分析。衍射法包括X射线衍射、电子衍射和中子衍射等三种分析方法，主要用来研究材料的结晶相及其晶格常数，其中最有代表性的是粉末X射线衍射分析和单晶X射线衍射分析。 成分谱分析的信息来源于整个样品，是统计性信息，主要测定材料的化学成分。成分谱种类很多，有光谱，色谱，热谱，质谱，能谱，波谱，核磁共振谱、穆斯堡尔谱等等，其中最有代表性的是差热分析，红外光谱分析，能谱分析，核磁共振分析。 作业3 1.名词解释：熔融法、高温烧结法。 答：(1)熔融法：将合成所需材料的原料加热，使其在加热过程和熔融状态下产生各种化学反应，从而达到一定的化学成分和结构。根据加热温度的高低，分为高温熔融法和低温熔融法。玻璃熔融、高炉炼铁、转炉炼钢等为高温熔融法。