材料科学与工程基础第二版考试必备宝典33996.pdf

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1、第 1 章绪论 1材料科学与工程的四个基本要素 解：制备与加工、组成与结构、性能与应用、材料的设计与应用 2金属无机非金属材料高分子材料的基本特性 解：金属材料的基本特性：a.金属键；b.常温下固体，熔点较高；c.金属不透明，具有光泽；d.纯金属范性大、展性、延性大；e.强度较高；f.导热性、导电性好；g.多数金属在空气中易氧化。无机非金属材料的基本性能：a.离子键、共价键及其混合键；b.硬而脆；c.熔点高、耐高温，抗氧化；d.导热性和导电性差；e.耐化学腐蚀性好；f.耐磨损；g.成型方式：粉末制坯、烧结成型。高分子材料的基本特性：a.共价键，部分范德华键；b.分子量大，无明显熔点，有玻璃化转

2、变温度（Tg）和粘流温度（Tf）；c.力学状态有三态：玻璃态、高弹态和粘流态；d.质量轻，比重小；e.绝缘性好；f.优越的化学稳定性；g.成型方法较多。第 2章物质结构基础 1 在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？解：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则 2电离能及其影响电离能的因素 解：电离能：从孤立原子中，去除束缚最弱的电子所需外加的能量。影响因素：同一周期，核电荷增大，原子半径减小,电离能增大；同一族，原子半径增大，电离能减小；电子构型的影响，惰性气体；非金属；过渡金属；碱金属；3混合键合实例 解：石墨：同一层碳原子之间以共价键结合，层与层之间以范德华力结合；高分子：同一条

3、链原子之间以共价键结合，链与链之间以范德华力结合。4.将离子键，共价键，金属键按有无方向性进行分类，简单说明理由 有方向性：共价键 无方向性：离子键，金属键 金属键：正离子排列成有序晶格，每个原子尽可能同更多的原子相结 合，形成低能量的密堆结构，正离子之间相对位置的改变不破坏电子与正离子间的结合力，无饱和性又无方向性。共价键：共用电子云最大重叠，有方向性 离子键：正负离子相间排列，构成三维晶体结构，无方向性和饱和性 5.简述离子键，共价键，金属键的区别 6.为什么共价键材料密度通常要小于离子键或金属键材料 金属密度高的两个原因：第一，金属有较高的相对原子质量。第二，金属键没有方向性，原子趋于密

4、集排列。7.影响原子(离子)间距的因素：（1）温度升高,原子间距越大,热膨胀性；（2）离子价 负离子的半径 其原子半径 正离子的半径（3）键能增强，原子距离缩短，键长减少（C-C 单,双,叁键）；（4）相邻原子的数目 (配位数)配位数增加，相邻原子的电子斥力越大,原子间距增大。相邻原子的数目越多，原子间距（结合原子或离子有效半径）越大。8.原子的电子排布式 按照能级写出 N、O、Si、Fe、Cu、Br 原子的电子排布。解：N:1s22s22p3 O:1s22s22p4 Si:1s22s22p63s23p 2 Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 Cu:1s22s22p63s23p6

5、3d104s1 Br:1s22s22p63s23p63d104s24p5 9 比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。解：金属材料：简单金属（指元素周期表上主族元素）的结合键完全为金属键，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合，但以金属键为主。陶瓷材料：陶瓷材料是一种或多种金属同一种非金属（通常为氧）相结合的化合物，其主要结合方式为离子键，也有一定成分的共价键。高分子材料：高分子材料中，大分子内的原子之间结合方式为共价键，而大分子与大分子之间的结合方式为分子键和氢键。复合材料：复合材料是由二种或者二种以上的材料组合而成的物质，因而其结合键非常复杂，不能一概而论。10 比

6、较键能大小，简述各种结合键的主要特点，简述结合键类型及键能大小对材料的熔点 密度导电性导热性弹性模量和塑性有何影响。解：键能大小：化学键能 物理键能 共价键 离子键 金属键 氢键 范德华力 共价键中：叁键键能 双键键能 单键键能 结合键的主要特点：金属键，由金属正离子和自由电子，靠库仑引力结合，电子的共有化，无饱和性，无方向性；离子键以离子为结合单元，无饱和性，无方向性；共价键共用电子对，有饱和性和方向性；范德华力，原子或分子间偶极作用，无方向性，无饱和性；氢键，分子间作用力，氢桥，有方向性和饱和性。结合键类型及键能大小对材料的熔点密度弹性模量和塑性的影响：结合键的键能大小决定材料的熔点高低，

7、其中纯共价键的金刚石有最高的熔点，金属的熔点相对较低，这是陶瓷材料比金属具有更高热稳定性的根本原因。金属中过渡金属具有较高的熔点，这可能是由于这些金属的内壳层电子没有充满，是结合键中有一定比例的共价键。具有二次键结合的材料如聚合物等，熔点偏低。密度与结合键类型有关，金属密度最高，陶瓷材料次之，高分子材料密度最低。金属的高密度有两个原因：一个是由于金属原子有较高的相对原子质量，另一个原因是因为金属键的结合方式没有方向性，所以金属原子中趋向 于密集排列，金属经常得到简单的原子密排结构。离子键和共价键结合时的情况，原子排列不可能非常致密，所以陶瓷材料的密度比较低。高分子中由于是通过二次键结合，分子之

8、间堆垛不紧密，加上组成的原子质量比较小，所以其密度最低。弹性模量是表征材料在发生弹性变形时所需要施加力的大小。结合键的键能是影响弹性模量的主要因素，键能越大，则弹性模量越大。陶瓷 250600GPa，金属 70350GPa，高分子 0.73.5GPa。塑性是一种在某种给定载荷下，材料产生永久变形的材料特性。材料的塑性也与结合键类型有关，金属键结合的材料具有良好的塑性，而离子键、共价键的材料的塑性变形困难，所以陶瓷材料的塑性很差，高分子材料具有一定的塑性。11.晶体的共同性质 1）确定的熔点 温度升高到某一值，排列方式解体，原子 成无规则堆积，呈现液体；2）自发形成规则多面体外形的能力；3)稳定

9、性（能量最低状态）；4)各向异性 （不同方向,物理性能不同）；5)均匀性 (一块晶体各部分的宏观性质相同)12.名词解释：致密度：晶胞中原子体积的总和与晶胞体积之比。13同素异构转变，并举例说明。解：同素异构转变：改变温度或压力等条件下，固体从一种晶体结构转变成另一种晶体结构。例：铁在不同温度下晶体结构不同，906体心立方结构，-Fe 9061401面心立方结构，Fe 1401熔点（1540）体心立方结构，-Fe 高压下(150kPa)密排六方结构，Fe 14按键合类型，晶体分哪几类？各自的键合类型和主要特点如何？解：按键合类型，晶体分为：金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体。金属晶体：金属

10、键结合；失去外层电子的金属离子与自由电子的吸引；无方向性和饱和 性；低能量密堆结构。（大多数金属晶体具有面心立方，体心立方和密排六方结构，金属晶体的原子排列比较紧密，其中面心立方和密排六方结构的配位数和致密度最高。）离子晶体：离子键结合，无方向性和饱和性；正离子周围配位多个负离子，离子的堆积 受邻近质点异号电荷及化学量比限制；堆积形式决定于正负离子的电荷数和正负相对大小。（硬度高、强度大、熔点和沸点高、热膨胀系数小、脆性大、绝缘高等特点。）共价晶体：共价键结合，具有方向性和饱和性；配位数和方向受限制，晶体的配位数为（8-N）。N 表示原子最外层的电子数。（强度高、硬度高、脆性大、熔点高、沸点高

11、、挥发性低、导电能力较差和结构稳定等特点。配位数比金属晶体和离子晶体低）分子晶体：范德华键合氢键结合；组元为分子，仅有范德华键时，无方向性和饱和性，趋于密堆，分子对称性较低以及极性分子永久偶极相互作用，限制了堆砌方式；有氢键时，有方向性和饱和性。15.2-15 16 书中各例题 17.归纳总结 3种典型金属结构的晶体学特点 结构特征 结构类型 体心立方bcc 面心立方fcc 密排六方hcp 点阵类型 体心立方 面心立方 简单六面 点阵常数 a a a，c，c/a=1633 最近原子间距 d=（3/2）a d=（2/2）a d=a2/3+c2/4=a 晶胞中原子数 2 4 6 配位数 8 12

12、12 致密度 0.68 0.74 0.74 18.已知 916时，-Fe（面心立方）的点阵常数为 0.365 nm，分别求（100）,（111）,（112）的晶面间距。属于立方晶系 d=a/h2+k2+l2，面心立方 j、k、l 不全为奇数或不全为偶数时d=a/2h2+k2+l2（100）面，d=a/2h2+k2+l22=0.1825nm（111）面，d=a/h2+k2+l2=0.2107nm（112）面，d=a/2h2+k2+l2=0.4470nm 19.2-39 在温度为 912，铁从 bcc 转到 fcc。此温度时铁的两种结构的原子半径分别为 0.126nm 和 0.129nm，（1）求

13、其变化时的体积变化 V/O。从室温加热到铁 1000，铁的体积变化？解：（1）bcc N1=2 fcc N2=4 1=(N1/Na)MFe/a31，2=(N2/Na)MFe/a32 1/2=N1a32/N2a31=0.986 VO=(V1V2)/V1=1V2/V1 Vo=10.986=0.014 其变化时的体积变化为 0.014。（2）912时，由 bcc 转变为 fcc，体积减小；912-1000，受热膨胀，体积增大 20.计算面心立方、体心立方和密排六方晶胞的致密度 21.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物 NaCl的离子致密度（离子 半径 r(Na+)=0.097,

14、r(Cl-)=0.181）;（c）由计算结果，可以引出什么结论？（c）结论：原子大小相同时，致密度与原子的大小无关；当有不同种类的原子出现时，其原子的相对大小必然影响致密度。22 有序合金的原子排列有何特点?这种排列和结合键有什么关系？解：特点：各组元质点分别按照各自的布拉菲点阵排列，称为分点阵，整个固溶体由各组元的分点阵组成的复杂点阵，称为超点阵或超结构。23 2-57 24.如何根据固溶体密度判断固溶体类型 ce间隙式固溶体 c=e置换式固溶体 ce缺位式固溶体 25.举例说明非化学计量化合物判断其正负离子空缺情况 组分偏移化学式的化合物即为非化学计量化合物 如 FeO中 Fe2+氧化成

15、Fe3+则形成阳离子空位 26.书上各例题 27.铝为面心立方晶体，摩尔质量为 26.97原子半径为 0.143nm，求铝的密度？c=N*M/Na*V 28 晶体缺陷的分类。肖脱基缺陷(Schottky Defect)弗仑克尔缺陷 (Frenkel Defect)：点缺陷对晶体性质的影响 解：肖脱基缺陷：有空位，无间隙原子，原子逃逸到晶体外表面或内界面（晶界）。弗仑克尔缺陷：同时形成等量的空位和间隙原子，空位和间隙原子对其数量远少于肖脱基（空位）缺陷。点缺陷对晶体性质的影响：点缺陷存在和空位运动，造成小区域的晶格畸变。1）使材料电阻增加定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力，使电子在传导中的散射

16、增加；2）加快原子的扩散迁移空位的迁移伴随原子的反向运动；3）使材料体积增加，密度下降 4）比热容增大附加空位生成焓 5）改变材料力学性能间隙原子和异类原子的存在，增加位错运动阻力,使强度提高，塑性下降。29 柏氏矢量的物理意义。解：表示晶体形成位错的滑移方向和大小。30.体积（晶格）扩散的微观机制类型 解：体积扩散是金属原子从一个平衡位置转移到另一个平衡位置。包括 3 种微观扩散机制：空位机制，其中一个原子与相邻空位交换位置。间隙机制，自间隙原子将一个相邻原子调换到间隙位置上。直接交换机制，相邻原子成对的互相交换位置 31.比较下列各因素对扩散系数的影响，并简要说明原因。1温度对扩散系数的影

17、响 2金属键晶体的扩散系数与共价键晶体或离子键晶体的扩散系数 3体积扩散系数（晶格或点阵）与短路扩散系数（沿位错、晶界、表面）4 间隙固溶体的扩散系数与置换型固溶体的扩散系数。5铁的自扩散系数(Fe)与(Fe)解：1.温度越高，扩散系数越大；间隙机制和空位机制都遵循热激活规律，温度提高，超过能垒几率越大，同时晶体的平衡空位浓度也越高，扩散系数提高。2.原子的迁移要挤开通路上的原子，引起局部点阵畸变，部分破坏原子结合键才能通过。键能越强，原子间的结合键力越强，激活能越大，扩散系数越小。共价键晶体和离子键晶体的扩散系数D 晶界D 沿位错D 晶内 4.间隙型固溶体比置换型固溶体容易扩散。因为间隙扩散

18、机制的扩散激活能小于置换型扩散。间隙型固溶体中间隙原子已位于间隙，而置换型固溶体中溶质原子通过空位机制扩散时，需要首先形成空位，因而激活能高。5.(Fe)属于体心结构，(Fe)属于面心结构，面心结构点阵比体心结构点阵紧密，铁在面心立方点阵中的自扩散系数 D-Fe与在体心立方点阵的 D-(Fe)相比，在 912时，D-(Fe)280D-Fe 32.书上例题 33.无规网络模型的结构特点 34 2-66 35结构弛豫，非晶态的晶化和熔体结晶有何异同？解：结构驰豫刚制备的不稳定态非晶材料，常温或加热保温退火，许多性质将随时间发生变 化，达到另一种亚稳态。非晶态的晶化与熔体冷凝结晶的异同点：都是由亚稳

19、态向晶态的相变，受成核和晶体生长控制。非晶态晶化:T Tg，相变驱动力大，成核功小，利于成核和 晶体生长；粘度大，固相内扩散，扩散慢，不利于成核和 晶体生长，更有利于保持非晶状态。熔体冷凝结晶：TgTTm，液体内的扩散 36分别求 W(Sn)=61.9%和 W(Sn)=50%时，在 183转变时，各相的相对含量?解：W(Sn)=50%w =（61.950）/（61.919）100%=27.74%，w =1w =72.26%37.固体表面结构的主要特点?解：固体表面结构的主要特点是存在着不饱和键和范德华力。晶体不同晶面的表面能数值不同，密排面的表面能最低，故晶体力图以密排面作为晶体的外表面；38

20、.分析讨论影响材料表面能的因素?解：表面能是增加单位面积的表面，需要做的功.扩张表面时。要克服原有原子、分子或离子之间的相互作用。作用力弱，做功小，表面能低。1）键性：表面能反映质点间的引力作用，强键力的金属和无机材料表面能较高。低表面能物质：水 0.059，石蜡 0.03，PE 0.035，PTFE 0.023，PA66 0.047 2）温度：温度升高，表面能一般减小。热运动削弱了质点间的吸引力。3）杂质：含少量表面能较小的组分，可富集于表面，显著降低表面能；含少量表面能较大的组分，倾向于体内富集，对表面能影响小 39.三种润湿的数学表达式?解：沾湿：WA=G=Sg+LgSL 润湿：Wi=G

21、=sg-sL 铺展：S=G=sg-Lg-sL 三种润湿的共同点:液体将气体从固体表面排开，使原有的固/气(或液/气)界面消失，被固/液界面取代 三种润湿的规律：沾湿粘附功 Wa=A+LgWa=Sg+LgSL 浸湿 Wi=A=sg-sL 铺展 S=A Lg Sg越大，SL越小，粘附张力 A越大，越有利于各种润湿；沾湿：Lg大，有利沾湿；浸湿：Lg，无影响;铺展：Lg小，有利铺展。改变润湿性主要取决于Sg，Lg，SL的相对大小，改变 Sg较难，实际上更多的是考虑改变Lg和SL。40.润湿的本质是 解：润湿的本质是异相接触后体系的表面能下降。2-23 41.硅烷偶联剂？硅烷偶联剂是一类在分子中同时含

22、有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其经典产物可用通式 YSiX3表示。式中，Y 为非水解基团，包括链烯基（主要为乙烯基），以及末端带有 Cl、NH2、SH、环氧、N3、（甲基）丙烯酰氧基、异氰酸酯基等官能团的烃基，即碳官能基；X 为可水解基团，包括 Cl,OMe,OEt,OC2H4OCH3,OSiMe3,及 OAc 等。由于这一特殊结构，在其分子中同时具有能和无机质材料（如玻璃、硅砂、金属等）化学结合的反应基团及与有机质材料（合成树脂等）化学结合的反应基团，可以用于表面处理 第三章思考题 1 高分子材料组成和结构的基本特征 解：平均分子量大和存在分子量分布；高分子链具有多种形态；分子链间以

23、范氏力为主，部分化学键；分子内为共价键；组成与结构的多层次性 2 比较分子链的近程结构对高分子链柔顺性的影响 解：主链结构。极性小的碳链高分子，分子内相互作用不大，内旋转位垒小，柔性较大。主链中含非共轭双键，相邻单键的非键合原子（带*原子）间距增大,使最邻接双键的单键的内旋转较容易，柔顺性好。主链中含共轭双键，因电子云重叠，没有轴对称性，电子云在最大程度交叠时能量最低，而内旋转会使键的电子云变形和破裂，不能内旋转，刚性链分子。主链含不能内旋转的芳环、芳杂环时，可提高分子链的刚性。取代基。侧基极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强，单键内旋转越困难，分子链柔顺性越差。氢键和交联结构的影响。高分

24、子的分子内或分子间形成氢键，氢键影响比极性更显著，增加分子链的刚性。3.相容剂及其增容作用 添加相容剂是改善高分子分散相与基体之间相容性，稳定熔融分散混合效果的有效方法。相容剂通常为两相高分子的共聚物。相容剂共聚物的链段会与共混体系中相应的均聚物部分相互作用，从而降低表面张力，增强分散相与基体的粘附。这一过程称为“增容作用”4.内聚能密度对高聚物结构和性能的影响 内聚能密度:单位体积的内聚能（CED）CED 400（J/cm3），多含强极性基团和氢键，分子间作用力大，有较高结晶性和强度，用作纤维。5.聚合物制备方法，主要结构类型 加成聚合和缩聚 主要结构：无规 ABBAABAB Random

25、n 1.0,沿珠光体边界形成网状 Fe3C，降低了晶界的断裂强度，使合金脆性大大增加。碳钢，一般要求 w(C)1.0 4.钢和铸铁在成分组织性能上的主要区别是什么 钢:碳含量 2.11%（重量）的铁-碳合金。碳钢 和合金钢 1 碳钢 1）按碳含量（质量百分数）分类：低碳钢 C0.25 中碳钢 0.25 C 0.6 45号钢的概念 高碳钢 C0.6 含碳量越高，碳钢硬度和强度越大，但塑(韧)性降低。2）按钢中杂质的质量含量分类（杂质硫、磷含量）：普通碳素钢 S 0.055，P 0.045 优质碳素钢 S 0.040，P 0.040 高级优质碳素钢 S 0.030，P 0.035 3）按用途分类：

26、碳素结构钢：桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等。碳素工具钢：刀具、模具、量具等。合金钢:碳钢中加入一种或多种合金元素，形成的钢。1）按含合金元素的总含量分类：低合金钢（合金元素总质量分数 5）中合金钢（合金元素总质量分数=510）高合金钢（合金元素总质量分数 10）。2）按主要合金元素种类分：铬钢 不锈钢 铬镍钢 锰钢 硅锰钢等。铸铁 含碳量 2.11的铁-碳合金。铸铁成分范围：C:2.54.0%,Si:1.0 3.0%，Mn:0.5 1.4%,S:0.02 0.20%，P:0.01 0.50%。为改善性能，也加入 Cr、Mo、V、Cu、Al 等；与钢相比，铸铁含碳和硅量较大，含杂质元素较多。铸

27、铁的生产设备和工艺简单，价格便宜。广泛用在机械制造、冶金、矿上、石油化工、交通等领域。按质量分数计算，铸铁件在 农业机械中占 40 60；汽车拖拉机中占 50 70；机床制造中占 60 90。灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁等。铸铁中，碳可以石墨 G形式存在，与铁构成 Fe G 平衡状态 5。Fe-Fe3C相图 6.分析 w(C)0.77、w(C)1.2、w(C)4.3、w(C)4.5的铁碳合金从液态平衡冷却到室温的转变过程，用组织示意图说明各阶段的组织变化。7.计算 w(C)=0.77%和 w(C)=0.40%的铁碳合金从液态平衡冷却到室温下的组织成物和相组织物含量.8铁碳合金中碳的存

28、在形式。灰铸铁,白口铸铁，麻口铸铁的碳的存在形式有何不同。解：铁碳合金中，碳的存在形式：与铁间隙固溶；溶入铁的晶格，形成间隙固溶体。化合态的渗碳体；亚稳态，在一定条件下分解为铁和石墨;游离态的石墨 G:稳定态，可从铸铁熔液中析出，也可从奥氏体中析出。白口铸铁（碳以渗碳体形式存在，断口为白亮色）灰口铸铁（碳以游离石墨形式存在，断口为暗灰色）麻口铸铁（同时含有石墨和渗碳体，断口灰白相间）9灰铸铁的组织特点，影响灰铸铁性能的因素。解：灰口铸铁：基体组织和石墨两部分组成 基体（铁素体、铁素体-珠光体、珠光体）石墨 影响因素：石墨对铸铁机械性能的影响 石墨：松软而脆弱的固态物质，抗拉强度20MPa，延伸

29、率趋近于零；石墨存在基体中，尤如一种裂纹或孔洞，分割削弱基体，破坏基体组织连续性；还会引起应力在该处集中，构成裂纹源。因而，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性都比钢铁低得多。基体相同的情况下，石墨形状由片状(普通灰铸铁)变为细片状(孕育灰铸铁)和球状(球墨铸铁)时，其对基体的削弱作用以及应力集中的程度将依次减弱，表现出抗拉强度依次升高。基体对铸铁机械性能的影响 基体中铁素体的数量增多，塑性、韧性提高；珠光体数量增加，塑性、韧性降低，但强度、硬度有所增高。10.灰口铸铁的组织按其基体的不同，可分为哪三种。灰口铸铁的组织可看成是；解：铁素体灰口铸铁、铁素体-珠光体灰口铸铁、珠光体灰口铸铁。灰口铸铁的组织可

30、看成是钢加上片状石墨 11.灰口铸铁和球墨铸铁在组织和性能上有何区别。解：灰口铸铁的组织特点是在基体上分布着片状石墨。球墨铸铁的组织特点是基体加球状石墨 性能：球化越完整，球状石墨尺寸越细小，可减少应力集中，力学性能越优越；疲劳强度与中碳钢相似，耐磨性好，制造重要和形状复杂机械零件，如曲轴、连杆、涡轮、齿轮、水压机缸套等。11.P184 3.1 3.5 3.7 无机非金属材料 1 硅酸盐结构的基本特点和类型。解：硅酸盐晶体的结构特点：(1)结构中 Si4+间没有直接的键，而是通过 O2 连结；(2)以硅氧四面体为结构的基础；(3)每一个 O2 只能连接 2 个硅氧四面体；(4)硅氧四面体间只能

31、共顶连接，不能共面连接。硅酸盐晶体的主要结构类型：岛状结构；组群状（环状）结构；链状结构；层状结构；架状结构。2 玻璃的定义及其通性，玻璃中的氧化物分为哪三类。解：定义：将原料加热熔融（熔体），快冷却（过冷却）形成，室温下保持熔体结构的固体物质，固体非晶态(无定形)物质。通性：各向同性；热力学介稳性；状态转化的渐变性。玻璃中的氧化物分为：网络生成体氧化物；网络外体氧化物；中间体氧化物。3.非晶态材料的分类与特征？特征：高强度，高韧性，抗腐蚀性，软磁特征，超导电性，光学性质（光吸收，光电导，光致发射）光照下产生非平衡载流子，引起材料电导率变化的光学现象。4.书上各例题 5 高岭石 Al4Si4O

32、10(OH)8(Al2O32SiO22H2O)的结构。解：三斜晶系，单网层结构：硅氧四面体层+八面体层 下层为硅氧四面体层，硅氧四面体中的活性氧向上；上层为八面体层（由 1个 Al3+，2个 O2 ,4个 OH 组成），每一个活性氧同时连接 1个硅氧四面体和 2个AlO2(OH)4 八面体，层与层间为氢键结合，结合力较弱，层间易解理成片状，但 OH-O 之间仍有一定的吸引力，所以单网层之间水分子不易进去，不因水含量增加而膨胀。6.从显微结构看，陶瓷材料主要有哪些相构成？各构成相的主要作用和对陶瓷性能的影响是什么？为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷器件开裂或破碎?解：晶相、,玻璃相、气相和晶

33、界 晶粒是陶瓷最主要的组成相，晶相的性质是影响陶瓷性能的主要因素；烧成冷却过程中，晶界处产生热应力，出现微裂纹，降低陶瓷强度。玻璃相的作用，粘结分散的晶粒，抑止晶粒长大；填充晶粒间的空隙，填充气孔，提高致密度，降低烧结温度。气相会降低陶瓷强度，造成裂纹。保留一定的气相，陶瓷的比重小，绝热性好。因为大多数陶瓷主要由晶相和玻璃相组成，这两种相的热膨胀系数相差较大，由高温很快冷却时，每种相的收缩不同，所造成的内应力足以使陶瓷器件开裂或破碎。7 陶瓷材料中主要结合键是什么?从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊性能?解：陶瓷材料中主要的结合键是离子键及共价键；由于离子键及共价键键能很强，故陶瓷的抗压强

34、度很高，硬度极高；因为原子以离子键和共价键结合时，外层电子处于稳定的结构状态，不能自由运动，陶瓷材料的熔点很高，抗氧化性好，耐高温，化学稳定性高。8 分析滑石 Mg 3 Si4O10(OH)2的结构与性能的关系 解：复网层结构硅氧四面体层+八面体层+硅氧四面体层 上下层均为硅氧四面体层，上层活性氧全向下，下层活性氧全向上，中间夹一镁氢氧层(由 1个 Mg2+，4个 O2 ,2 个 OH 组成八面体）。每一个活性氧同时连接 1个SiO4 四面体和 3 个MgO4(OH)2 八面体，每一层 O2 电价饱和。层与层间结合为范德华键，层间键合弱，易沿层面解理。9分析钙钛矿 CaTiO3 晶体的结构 解：立方晶系 Ca2+，在立方体顶角配位数为 12（O2-）；O2-，在面心配位数为6（4 Ca2+2 Ti4+）；Ti4+，在体心配位数为 6（O2-）；TiO68-八面体 通过顶角共用氧，形成三维网络；10 炭黑按用途分为哪两大类 解：色素用炭黑（颜料）、橡胶用炭黑（补强等）