《材料学导论》无机非金属材料、金属材料思考题一、填空（共10题，每题4分）1、材料按化学组成可分为：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。

2、材料科学与工程的四要素是：成份/结构、制造工艺（或合成/加工）、性能、使用性能。

3、陶瓷材料是一种多晶多相材料，其相组成通常包括：晶相、玻璃相、气孔（或气相）。

4、根据有机、无机、金属材料拉伸应力-应变曲线知，三种材料的弹性模量E 大小顺序为：陶瓷材料（或无机材料）＞金属材料＞有机高分子材料。

5、硅酸盐水泥熟料的化学组成是Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO。

6、玻璃的结构有很多假说，如微晶学说、凝胶学说、五角形对称学说、高分子学说等等，其中较为公认的晶子学说和无规则网络学说两种。

7、金属有80多种，但其常见的晶体结构有三种，分别是面心立方、密排六方、体心立方。

8、金属的强化机制有：形变强化、固溶强化、细晶强化、弥散强化、相变强化。

9、陶瓷材料具有很多优点，例如：低膨胀系数、低导热系数、化学稳定型高等，但是陶瓷材料的一个重要缺点是：脆性高（或韧性低或热稳定性差）。

10、将SiC制成砂轮和各种磨介是利用其具有高硬度的性质。

11、构成硅酸盐矿物最基本的结构单元是硅氧四面体或[SiO4]。

12、普通陶瓷生产必不可少的三种原料是：石英、长石、粘土。

13、耐火材料是指耐火度不低于1580℃（或≮1580℃）的无机非金属材料。

14、硅酸盐水泥的生产技术可概括为：两磨一烧。

15、不定形耐火材料因不经成型、不经烧结而得名。

16、普通硅酸盐水泥主要的四种矿物组成是：硅酸三钙（或C3S）、硅酸二钙（或C2S）、铝酸三钙（或C3A）、铁铝酸四钙（或C4AF）。

17、平板玻璃的成型方法有：浮法、平板法、垂直引上法。

18、硅酸盐（矿物）材料的基本类型有：岛状、组群状、链状、层状、架状。

它们是根据硅氧四面体在空间的不同连接方式进行分类的。

19、陶瓷材料的烧结技术有：普通烧结（或传统烧结）、热压烧结、反应烧结、热等静压烧结、液相烧结等。

20、生产玻璃的原料有主要原料和辅助原料。

其中辅助原料有澄清剂、着色剂、助熔剂、脱色剂、氧化与还原剂。

21、陶瓷材料中气孔有开口气孔和闭口气孔两种。

22、陶瓷材料的成型方法有：半干法成型、注浆成型、可塑法成型、等静压成型等。

23、陶瓷材料中玻璃相的作用：填充气孔或填充晶粒间隙、粘结晶粒、降低烧成温度、抑制晶粒异常生长。

24、耐火材料总的发展方向是：采用优质原料、采用高压成型、采用高温烧成。

25、由于金属中离子振动的振幅会随温度升高而增大，阻碍自由电子的流动，所以，金属均具有正的电阻温度系数。

26、门捷列夫“晶子学说”与扎哈里森“无规则网络学说”是玻璃结构的两种不同学说，两者统一的观点是都认为玻璃是近程有序、远程无序的无定形介质。

二、简答题（共20题，每题5分）1、陶器演变为瓷器的三个条件是什么？【答】①以富含绢云母的瓷石为胎坯原料应用；②窑炉的砌筑技术把窑床温度提高到1300℃即龙窑的发明与运用；③草木灰釉的发展；2、为什么A l2O3单晶中可掺入不同的杂质制得各种美丽的宝石？【答】A l2O3晶体结构中氧离子作六方密堆，铝离子填充2/3八面体空隙，尚有1/3八面体空隙没有被填充，此时某些化合物（氧化物）当满足一定条件如正离子电价、半径与铝离子相近等时，这些化合物如C r2O3、N i O、F e2O3、T i O2等可以与A l2O3形成固溶体，由于掺入的金属离子的原因而使A l2O3单晶中可掺入不同的杂质制得各种美丽的宝石。

3、硅酸盐晶体层状结构六元环与组群状结构中六元环有何区别？【答】硅酸盐晶体组群状结构中六元环是孤立存在的即六元环彼此之间不直接连接，每个硅氧四面体共用2个顶点。

而层状结构中六元环是硅氧四面体通过公用3个顶点构成的向两维空间发展成的六元环硅氧层。

4、金属的热加工工艺有退火、正火、淬火、回火及表面热处理等，试解释这些概念？【答】见胡珊主编《材料学导论》（2002年1月重印）P21—23。

5、为什么氧化物陶瓷与氧气不容易发生反应？【答】氧化物陶瓷的晶体结构中，氧离子形成配位多面体，金属原子堆积在配位多面体空隙中，即金属原子被氧离子所包围，被屏蔽在其紧密排列的空隙中，故不容易被氧化。

6、为什么金属材料较非金属材料容易传热？【答】由于金属晶体中存在正离子和自由电子的运动，而自由电子是金属所独有的。

当金属的一端受热时，正离子和自由电子的热运动加剧，并通过彼此碰撞将热量传递到另一端。

而非金属材料中缺乏电子机制（自由电子较少），导热靠原子热振动来完成，故一般的导热能力差。

7、水泥生产过程中，通常加入2~5%石膏，为什么？【答】调节水泥的凝结时间，加入量2~5%。

8、水泥标号是如何确定的？【答】水泥强度是指硬化的水泥石能够承受外力破坏的能力，是评价水泥质量的重要指标。

一般用水泥标号作为水泥强度等级划分标准。

水泥标号的确定是将水泥、标准砂（粒径0.25~0.65mm）及规定的水量，按灰砂比1:2.5拌制成塑性浆料，利用40×40×160mm模件成型，自然下养护，测量其3天、7天、28天的抗折和抗压强度。

水泥的标号是根据其28天的抗压强度值确定的。

例如：标号为525的水泥是指其28天的抗压强度为52.5Mpa。

9、请从热力学和动力学两个方面解释玻璃的介稳性？【答】从热力学角度，玻璃的内能大于晶体的内能，根据能量最低原理，玻璃有从高能量状态向低能量状态转变的趋势，即析晶的可能。

故玻璃是不稳定的；从动力学角度，常温下玻璃的粘度非常大，即使析晶，析晶的速度也是非常非常缓慢的，玻璃可以长时间保持高温结构，认为析晶可以忽略不计，故玻璃是稳定的；综上所以玻璃是介稳的。

10、玻璃的四个通性是什么？【答】对于什么是玻璃通常无法给出定义，但凡是满足以下四个通性的物质，不论其化学组成如何皆称为玻璃。

玻璃的通性有①各向异性②介稳性或亚稳性③熔融态向玻璃态转化是可逆的与渐变的或无固定熔点④物理、化学性质随温度变化连续性。

11、普通玻璃生产中，辅助原料有哪几类？各什么作用？【答】12、微晶玻璃（玻璃陶瓷）与陶瓷、玻璃的区别是什么？【答】13、说明硅酸盐胶结物（玻璃相）对无机材料的有利和不利？【答】陶瓷中玻璃相有利：①粘连晶体相，填充晶体相间空隙，提高材料致密度；②降低烧成温度，加快烧结；③改善工艺，抑制晶粒长大；陶瓷中玻璃相的不利①玻璃相的强度比晶体相低。

抗热震性差，在较低的温度下即开始软化，降低陶瓷的绝缘性能。

②不能成为陶瓷的主导相，对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热耐火性等不利。

14、精细陶瓷与传统陶瓷的区别表现在哪几个方面？【答】❶在原料上：传统陶瓷以传统硅酸盐（矿物）材料为原料。

特种陶瓷则以氧化物、氮化物、硅化物、碳化物、硼化物为主要原料。

❷在制备工艺上：传统陶瓷以炉窑为主要烧成设备。

特种陶瓷则广泛采用真空烧结、保护气氛烧结（如N2、CO、Ar气氛中）、热压烧结、热等静压烧结等技术。

❸在性能上：特种陶瓷具有多种特殊的性质和功能如高强度、高硬度、导电、耐磨、以及在声、光、电、磁、热、生物等各方面具有的特殊功能。

15、如下图，怎样鉴定钻石和立方氧化锆？【答】钻石与假冒品的区别：立方氧化锆由于折光率和色散与钻石很近似，又是均质体，硬度又高达8.5，外观上与钻石很相似。

区别的方法：一是测试硬度，只要将宝石在碳化硅抛光片上刻划，如能刻出痕迹，则是钻石，反之则是立方氧化锆；二是立方氧化锆的比重(5.6—6.0／3.52)是钻石的1.59—1.7倍，故它的手感较沉重，只要在杯中倒入比重为4的克来利西亚重液，将宝石放入重液里，如果宝石浮上来，就是钻石，反之就是立方氧化锆。

16、说明蓝宝石的呈色机理？【答】引起蓝宝石的呈色是因为存在Fe和Ti，它们在刚玉晶体中占据六配位的八面体位置，Fe2+虽存在，但含量很低，可能只占全铁5％以下；Ti以Ti3+和Ti4+形式存在，可能以Ti3+为主。

当蓝宝石吸收一定光能时Fe2+的一个电子转移到Ti4+上，Fe2++Ti4+= Fe3++Ti3+产生11000cm-1和22000cm-1吸收带，从而呈现出蓝色。

从Fe2+跃迁到Ti4+上的电子越多，蓝色越深，甚至黑色，这是含铁太多了；当含Ti相对较多，蓝宝石呈浅蓝色。

知道了这个道理，对蓝宝石的人工改色就是加入Fe或Ti，或者同时加入Fe和Ti(对白色刚玉)改变成蓝色，或者使Fe或Ti扩散出去，使深蓝色的蓝宝石改为浅蓝色。

17、试用金属键解释金属的特性——金属具有优良的导热性、导电性、正的电阻温度系数、强的金属光泽？【答】金属具有优良的导电性━━由于金属晶体中的自由电子，在很小的外加电场作用下就会沿着电场方向运动、形成电流。

金属光泽━━金属晶体中的自由电子，可以吸收可见光的能量，被激发到更高的能量状态。

当它们从较高的能量状态返回到较低的能量状态时，因辐射使金属具有不同的光泽。

正的电阻温度系数━━金属正离子热振动的振幅随着温度的升高而增大，因而对自由电子定向运功的阻碍作用增加，所以金属的电阻随温度的升高而增大。

这种关系称为正的电阻温度系数。

与此相反，非金属的电阻随温度的升高而减小。

金属导热━━由于金属晶体中存在正离子和自由电子的运动，而自由电子是金属所独有的。

当金属的一端受热时，正离子和自由电子的热运动加剧，并通过彼此碰撞将热量传递到另一端。

18、画出材料科学与工程的内涵四面体，并解释你对它的理解？【答】工程学化学物理学三、判断题（共10题，每题2分）1、陶瓷是陶器、炻器和瓷器的总称。

（ ）2、根据材料要素四面体，材料的结构决定材料的基本性能。

（ ）3、[SiO4]四面体是构成硅酸盐晶体结构最基本单元。

（ ）4、硅酸盐结构中，Si4+之间不存在直接结合键，键的连接必须通过O2-来实现。

（ ）5、陶瓷材料既可以是绝缘体，也可以是半导体材料。

（ ）6、水泥的生产工艺可以概括为“两磨一烧”。

（ ）7、强度是评价水泥的重要指标。

一般用水泥标号作为水泥强度的等级划分标准。

（ ）8、金属原子与非金属原子的主要不同是它们在价电子数目上的差别。

（ ）9、玻璃为非晶态，而微晶玻璃则大部分为晶相。

（ ）10、离子键和共价键晶体一般具有高熔点和高硬度。

（ ）11、所有的无机材料都是绝缘体。

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