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第二章化学基础知识
一、填空题
,数学表达式为S*(T)=0J·K-1。
∂T∂Ps=-∂V∂SP、∂T∂vs=-∂p∂Sv、∂S∂VT=-∂V∂TV、∂T∂Ps=-∂V∂SP、∂S∂PT=-∂V∂TP.
,定义为:μB=GB=(∂G∂nB)T,P,nc
,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。
,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。
。且σ金属键>σ离子键>σ极性共价键>σ非极性共价键
、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。
、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*xA
2、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,BxB
3、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
、坩埚下降法、区熔法、焰熔法等。
,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。
、射频等离子体、电弧等离子体。
,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。
、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。
,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
,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。
、六方最紧密堆积、体心立方密堆积三种
>Zn,Cu>Fe
,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。
。
,可将铝合金分为变形铝合金、铸造铝合金两类
,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
、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。
、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。
、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等几种。
、长石、石英等原料烧制而成。
,即硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铝酸四钙。
,分别是溶解期、胶化期、硬化期。
二、简答题
?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。,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
。
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.
?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
?
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。
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。
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。
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。
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。
?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
,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。
,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。
,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。
,简称碳基复合材料。
。以双酚A与环氧氯丙烷缩合而得的双酚A环氧为主,其分子量可以从几百至数千,常温下为黏稠液状或脆性固体。
,经溶液纺丝获得的合成纤维,最具有代表性的商品为Kevlar纤维被杜邦公司与1968年发明,在我国亦称芳纶。
。
二、名词解释
1、复合材料:由两种或两种以上不同性能、形态的组分通过复合工艺而形成的多相材料。
2、增强相:在复合材料中分散的、被基体包容的一相称为分散相或增强相。
3、聚酰胺:是一类许多重复酰胺基的线性聚合物的总称。
4、碳纤维:是由有机纤维经固相反应而成的具有纤维状聚合物碳。
5、晶须:指具有一定长径比、断面积小于52×10-5cm2的单晶纤维材料。
6、MMC:金属基复合材料,是以金属基及其合金为基体,与其他合金或非金属增强相合成的复合材料。
三、简答题
。
(1)金属基复合材料的使用要求这是选择金属基体材料最重要的依据,不同应用领域和工况条件对复合材料构件的性能要求有很大的差异。
(2)金属基复合材料的组成特点在连续纤维增强金属基复合材料中,基体的主要作用是充分发挥增强纤维的性能,对于非连续增强金属基复合材料,基体是主要承载物
(3)基体金属与增强相的相容性

聚合物基体材料中基体的作用主要有三种:①把纤维粘在一起;②分配纤维间的载荷;③保护纤维不受环境影响。制造基体的理想材料,其原始状态应该是低黏度的液体,并能迅速变成坚固耐久的固体,足以把增强纤维粘住。金属基体:固结增强相,传递和承受载荷的作用
。
(1)、可设计性:可按制件的使用要求和环境条件,通过组分的选择、配比以及界面控制设计手段来进行设计,可最大限度的达到预期目的,以满足工程设备的使用性能。
(2)、材料结构的同一性:由组成复合材料的的组分材料在复合成材料的同时就形成了构件,一般不需要加工。
(3)、复合优越性:复合材料是组份材料经过复合工艺而形成的,但不是集几种材料的简单复合,而是按复合效率形成了新性能,这种复合效应是复合材料独有的。
(4)、性能分散性:复合材料组分在制备过程中存在物理化学变化,这种变化非常复杂,因此构件的性能对工艺方法、工艺过程、工艺参数等依赖性较大,同时由于在形成过程很难准确的控制工艺参数,所以一般来说复合材料构件的性能分散性较大。
增强体的表面改性:可以通过对增强体进行表面改性,在保持增强体原性能的前提下,赋予其新的性能,如:亲水性、生物相容性抗静电性、染色性能等。因此增强体的表面改性可以大大的提高增强体与基体之间的亲和力,以及增强体在基体内的均匀分布,这有利于增强复合材料的性能,姑增强体表面改性是必要的。

聚合物基复合材料应用广泛,大体上包括热固性聚合物与热塑性聚合物两类。热固性聚合物通常为无定形结构,具有耐热性好、刚度大、尺寸稳定性好等优点。热塑性聚合物基复合材料与热固性聚合物基复合材料相比,在力学性能、使用温度、老化性能方面处于劣势,但具有加工工艺简单、周期短、成本低、密度小等优势。聚合物基复合材料的性能与特点包括:(1)比强度、比模量大(2)耐疲劳性能好(3)减震性好(4)过载时安全性好(5)具有多种功能
。
(一)应用
1、能源技术领域的应用:复合材料的优越性能比一般材料更能适合高技术的需要。如运载火箭的壳体、航天飞机的支架、卫星支架等各种结构件,复合材料能满足这些质地轻,高强度、高刚度的要求。
2、信息领域的应用:在包括信息的检测、传输、储存、处理运算和执行等方面,复合材料起到了重要的的作用。如:换能敏感元件、光纤、磁记录盘、集成电路基片、以及机器人等方面。
(二)展望
未来还会出现各种新颖的结构和功能复合材料,特别是功能复合材料如智能复合材料、自愈复合材料、自应变复合材料等。目前科学发展的规律是逐步从宏观进入微观,出现了原子级和分子级的材料设计问题,复合材料的研究也会出现类似的发展趋向。
第九章纳米材料
一、填空题
、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学七个相对独立又互相渗透的学科,及纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。
,于1985年被发现,是继金刚石和石墨之后碳元素的第三种晶体形态。C60是最先发现的富勒烯,由60个碳原子构成,与足球拥有完全相同的外型。
,强度是钢的100倍,而重量只有钢的1/7。它像金刚石一样硬,却有柔韧性,可以拉伸。它的熔点是已知材料中最高的。
、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。
,纳米材料的制备方法可分为物理法、化学法、综合法;按照制备系统的状态分类,分为气相法、液相法、固相法。
三、简答题
?举例在日常生活中遇到的纳米材料。
处于纳米尺度的材料称为纳米材料或纳米结构材料。如纳米抗菌的冰箱、洗衣机,汽车润滑油,电脑芯片等
,并举例说明。
纳米材料的种类繁多根据化学组成和结构不同,可分为纳米金属材料、纳米陶瓷材料、纳米高分子材料和纳米复合材料在纳米材料研究中,通常按维数不同,把纳米材料的基本单元分为零维、一维和二维。零维纳米材料指空间三维尺度均在纳米尺度范围,如纳米颗粒、原子团簇等;一维纳米材料指空间中有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米管、纳米棒等;二维纳米材料指在三维空间中有一维在纳米尺度,如超薄膜、多层膜、超晶格等。
?有何特点?
自组装技术是一种基于静电作用的制备超薄膜的方法,它和气相沉积、旋转涂布、浸泡吸附等方法的最大不同是其制备的超薄膜是高度有序和方向性。其特点是方法简单、无需特殊装置,采用水为溶剂,具有沉积过程和膜结构分子级可控制的优点。
?举例说明。
超微颗粒的表面能高、比表面原子数多,活性大且体积远小于大块材料,因此超微颗粒融化时所需增加的内能小得多,使得超微颗粒熔点急剧下降。

(1)力学方面的应用
纳米固体材料可作为高温、高强、高韧、耐磨、耐腐蚀的结构材料,如纳米陶瓷刀以及运用纳米技术的自行车等
(2)光学方面的应用
可以运用纳米技术制备发光材料、红外反射材料、光吸收材料等,如锐钛矿型纳米氧化钛的光致发光现象、径粒80nm的Y2O3作为红外屏蔽涂层用于红外窗口材料、在防晒油化妆品中加入纳米氧化钛、纳米氧化锌等可以减弱紫外线对人体的辐射等。
(3)医学方面的应用
包括检测和诊断疾病、生物医学材料以及药物上的应用,例如人们获得了用纳米氧化硅实现细胞分离的新技术;用三氧化二铝制作人的关节、人工骨等方面。
磁学方面的应用
(5)电学方面的应用
(6)催化方面的应用