2017年西安交通大学化学工程与技术学院804材料科学基础考研仿真模拟题
● 摘要
一、名词解释
1． 热塑性和热固性高分子材料
【答案】高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶黏剂和高分子基复合材料等。高分子材料按其性能可分为热塑性和热固性高分子材料，其中，热塑性高分子材料可溶、可熔；热固性高分子材料不溶、不熔。利用加热和溶解的方法可将热固性和热塑性材料分辨出来，常用的识别高分子材料的简便方法有经验法、燃烧法、溶解法、仪器分析法等。
2． 再结晶
【答案】再结晶是指形变金属在一定的加热条件下，通过新的可移动大角度晶界的形成及随后移动，从而形成无应变新晶粒组织的过程。
3． 扩展位错
【答案】一个全位错分解为2个Shockley 不全位错，这样的2个Shockley 位错一起被称为扩展位错。
4． 金属键
【答案】金属键是金属正离子与自由电子之间的相互作用所构成的金属原子间的结合力。
5． 非均匀形核
【答案】新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附与液相中杂质或外来表面形核。与均匀形核相比，它需要的形核功和过冷度都较小。
二、简答题
6． 对于固体材料将其晶粒细化后其力学性能会有何种变化? 解释原因。并回答对于铸件能否采用再结晶的方法细化晶粒，为什么？
【答案】固体材料将其晶粒细化后，会出现细晶强化的现象，即材料的强度、硬度、塑性、韧性同时提高。这是因为：由于晶粒细小，可供塞积位错的滑移面较短，塞积位错的数目较少，由位错塞积引起的应力集中分散于各个晶粒中，使其屈服强度升高。
另一方面，由于晶粒细小，在相同的外力作用下，处于滑移有利方向的晶粒数较多，应力分散在各晶粒中，即使在受到大的塑性变形时，仍然保持其较好的性能，而不致开裂，从而提高材料的軔性。
对于金属铸件则不能采用再结晶的方法细化晶粒，这是因为：一方面再结晶过程需要在一定的形
变基础上，由储存能提供一定的能量进行晶粒的重新形核、长大，铸件没有进行过形变。另一方面，由于再结晶温度过低，铸件也不可能通过重结晶相变细化晶粒。
7． 简述形变金属在退火过程中显微组织、储存能及其力学性能和物理性能的变化。
【答案】随退火温度的升高或时间延长，出现亚晶合并长大，再结晶形核及长大，无位错的等轴再结晶晶粒取代长条状高位错密度的形变晶粒，然后是晶粒正常长大。储存能逐渐被释放；硬度及强度下降，伸长率上升；电阻降低，密度提高。再结晶时各种性能变化都比回复时强烈得多。
8． 写出图所示六方晶胞中EFGHIJE 晶面、EF 晶向、FG 晶向、GH 晶向、JE 晶向的密勒-布拉菲指数。
图
【答案】EFGHIJE 晶面：
9． 分别论述金属材料、陶瓷材料和高分子材料的优缺点。
【答案】（1）金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。
纯金属一般具有良好的塑性，但很难满足工程技术多方面的需要，因此金属材料常以合金的形式适用。常用金属材料有：钢、铸铁、错、铜等。
金属材料的优点：①较好的机械性能，易加工成型。金属材料具有较好的机械性能，在强度、塑性、硬度、軔性即疲劳强度等综合性能较好，常用于各种机械零件；②导电性强，导热性好。金属一般都是电、热的良导体，所以工业上常用铜、铝及其合金作为导电材料；一些散热器和热交换器的零件也常用铜铝等制造；③金属储量大，品种多，有多种特异性质，如良好的延展性、磁性、高熔点、高密度等。
金属材料的缺点：①化学稳定性差，易腐蚀；②生产过程能耗大，成本高；③比重大，不易运输。
（2）陶瓷是由粉末原料成型后在高温作用下硬化而成的制品，是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。陶瓷的组织结构非常复杂，各个相组成、结构、数量、几何形状及分布状况都能影响陶瓷的性能。结合键主要是金属键和共价键，大多数是两者的混合键。
陶瓷的优缺点：陶瓷具有优良的物理、化学性能，可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。功能陶瓷
由于具有压电、铁电、声光、电磁、生物化学的功能而得到广泛应有，结构陶瓷则由于具有很高的熔点和强度，而且化学稳定性好，因而被用于结构材料，特别是高温结构材料。然而，陶瓷的塑性变形能力差，易发生脆性破坏；同时加工性能差，不易加工。
（3）高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。
高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶黏剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。 高分子材料的优点：①质轻，密度低。如大多塑料密度在之间，平均为
约为钢的1/5; ②力学性能好。常温下大部分有机高分子材料的韧性良好，其中有许多强度较高，有些变形能力很强，使其在工程的某些部位可取代脆性很强的材料；③导热系数小。如泡沫塑料的导热系数只有0.02〜0.046W/（m*K）, 约为金属的1/1500，混凝土的1/40, 砖的1/20，是理想的绝热材料；④化学稳定性和耐水性、耐腐蚀性好。一般塑料对酸、碱、盐及油脂均有较好的耐腐蚀能力。其中最为稳定的聚四氟乙烯，仅能与熔融的碱金属反应，与其他化学物品均不起作用；⑤优良的加工性能和功能的可设计性强；⑥一般的高分子材料电绝缘性好。
高分子材料的缺点：①易老化。塑料、橡胶、有机涂料和有机胶黏剂都会出现易老化，如失去弹性、出现裂纹、变硬、变脆或变软、发动等，失去原有的使用功能的现象；②可燃性及毒性。高分子材料一般属于可燃的材料，部分高分子材料燃烧时发烟，产生有毒气体，其防火性比无机材料差；③耐热性差。高分子材料的耐热性能普遍较差，如使用温度偏高会促进其老化，甚至分解；塑料受热会发生变形，在使用中要注意其使用温度的限制。
10．根据图1所示铁碳亚稳平衡相图和你所学所有知识，回答下列问题：
图1
（1）分析氢、氮、碳、硼在中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。已知元
素的原子半径如下：氣0.046nm , 氮0.071nm ，碳0.077nm ，硼0.091nm ，
（2）标注相图中平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。
（3）分析的铁碳合金平衡凝固到室温过程的组织变化。
（4）指出相的晶体结构、密排方向、密排面、致密度、配位数、晶胞中原子数和通常情况下的