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．材料科学与工程定义
解：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学。
3．按材料特性，材料分为哪几类？金属通常分哪两大类？无机非金属材料分哪四大类？ 高分子材料按使用性质哪几类？
解：按材料特性，材料分为：金属材料、无机非金属材料、和有机高分子材料三类。
金属材料分为：黑色金属材料和有色金属材料。 无机非金属材料分为：混泥土（水泥）、玻璃、砖及耐火材料、陶瓷四大类。 高分子材料按使用性能分为：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等类。 4．金属p无机非金属材料p高分子材料的基本特性
解：①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。
②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。
③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
Structure of Matter
1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？ 解：主量子数n、角量子数l、磁量子数ml、自旋量子数ms 2． 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 3．配位数及其影响配位数的因素
解：配位数：一个原子周围具有的第一邻近原子（离子）数。 影响因素：① 共价键数；② 原子的有效堆积（离子和金属键合）。 4．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：①同一周期，核电荷增大，原子半径减小,电离能增大；②同一族，原子半径增大，电离能减小；③电子构型的影响，惰性气体；非金属；过渡金属；碱金属； 5．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：同一条链原子之间以共价键结合，链与链之间以范德华力结合。
按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布。
解：N:1s2s2pO:1s2s2pSi:1s2s2p3s3p
Fe:1s2s2p3s3p3d4s
Cu:1s2s2p3s3p3d4s
Br:1s2s2p3s3p3d4s4p2-2
88.83%的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的相对原子质量。
解：镁原子的质子为12
镁原子的相对原子质量M=88.83%(12+13)+11.17%(12+14)=25.11
3． 在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点？从左到右或从上
到下元素结构有什么区别？性质如何递变？ 解：①在同一周期中，各元素的原子核外电子层数相同，且等于其周期序数。在同一主族中，各元素的最外层电子数相等，且等于其主族序数。
②在同一周期中，从左到右，核电荷数依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增大，失电子能力减弱，得电子能力增强，因此，金属性减弱，非金属性增强；而同一主族元素中，从上到下电子层数增多，原子半径增大，电离能趋于减小，失电子能力增强，得电子能力减弱，所以，元素的金属性增强，非金属性减弱。
4． 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：①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。
②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。
③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。 ④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。
5． 比较键能大小，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
p密度p导电性p导热性p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：
①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；
②离子键以离子为结合单元，无饱和性，无方向性； ③共价键共用电子对，有饱和性和方向性；
④范德华力，原子或分子间偶极作用，无方向性，无饱和性； ⑤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p密度p弹性模量和塑性的影响： ①结合键的键能大小决定材料的熔点高低，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。②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。③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250~600GPa，金属70~350GPa，高分子0.7~3.5GPa。④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。 思考题
1． 空间点阵，配位数
解：空间点阵：一系列在三维空间按周期性排列的几何点称为一个空间点阵。 配位数：一原子最邻近的、等距离的原子数。 2． 晶面指数，致密度
解：晶面指数：指面在3个晶轴上的截距系数的倒数比，当化为最简单的整数比后，所得到的3个整数。
致密度：晶胞中原子体积的总和与晶胞体积之比。
3．液晶及其液晶的分类（从分子排列的有序性类，按液晶的形成条件分类）
解：液晶：某些结晶物质受热熔融或被溶剂溶解之后，失去固态物质的刚性，变成具有流动性的液态物质，但结构上保存一维或二维有序排列，物理性质上呈现各向异性，兼有部分晶体和液体性质的过渡中间态物质。
① 从分子排列的有序性分类：a.丝状相（向列相）；b. 螺旋状相（胆甾相）;c.层状相（近
② 按液晶的形成条件分类：a.热致液晶；b.溶致液晶 4．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，α- Fe
906～1401℃面心立方结构，γ－ Fe
1401℃～熔点（1540 ℃）体心立方结构，δ- Fe
高压下(150kPa)
密排六方结构，ε－Fe
5．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。
① 金属晶体：金属键结合；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。） ② 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。） ③ 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、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）
④ 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。
1．归纳总结3种典型金属结构的晶体学特点
（112）的晶面间距。 解：属于立方晶系d=∴（100）面， d=（111）面，d=（112）面，d=
面心立方j、k、l不全为奇数或不全为偶数时d==2=0.1825nm =0.2107nm =0.4470????
2-14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,r(Cl-)=0.181）;（c）由计算结果，可以引出什么结论？ 解：（a）
∴面心立方金属的原子致密度为0.74。
+-（b）N(Na)=3*4*1/4+1=4
N(Cl)=6*1/2+2*4*1/8=4
a=2r(Na+)+2r(Cl-)=0.556
（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。
2-15铁的单位晶胞为立方体，晶格常数为a=0.287nm,请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。
解：ρ??e=
4×3??（0.3）
??????????
??????/??3
由资料可知，ρ??e=0.876×103kg/??3 ∴??????=
?????????3?????
=7.867×106×(0.287×10?9)3×6.02×
∴每个单位晶胞所含的原子个数为2。1金属与非金属材料的物理性能主要区别有哪些
1金属与非金属材料的物理性能主要区别有哪些
09-03-28 &匿名提问
本实用新型公开了一种金属和非金属材料液压式多项物理性能试验支架，由液压机（１）、底座（２）、左、右支撑立柱（３、３′）、上支撑横杠（４）构成，其特征在于在液压机（１）的活塞杆上端固定上圆盘状升降台（５），在圆盘状升降台（５）的上板面上设燕尾槽（６）；在上支撑横杠（４）的中部设上压头底座（８），在上压头底座（８）上设轴向卡槽（９）；在上支撑横杠（４）的中部通过螺栓（７）固定上圆形垫块（１１）。该试验支架，由于能在一个支架上，通过更换不同的试验底模和相对应的上压头，从而实现了一机多用，因此，占用空间小、试验项目多、便于操作和调整，而且结构简单、可提高工作效率，可广泛用于金属和非金属材料的多项物理性能试验。 　
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第一章1-1金属材料的主要性能【课件】,金属材料学课件,金属材料的力学性能,金属材料力学性能,金属材料性能,金属材料的性能,金属材料的性能特点,金属材料的机械性能,高性能金属材料,金属材料性能检测
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