当前位置：问答库＞考研试题

一、简答题

1． 纯金属中主要的点缺陷有哪些，简述其可能的产生原因。

【答案】纯金属晶体中，点缺陷的主要类型是空位、间隙原子、空位对及空位与间隙原子对。它们产生的途径有以下几个方面：

（1）依靠热振动使原子脱离正常点阵位置而产生。空位、间隙原子或空位与间隙原子对都可由热

激活而形成。这种缺陷受热的控制，它的浓度依赖于温度，随温度升高，其平衡态的浓度亦增高。

（2）冷加工时由于位错间有交互作用，在适当条件下，位错交互作用的结果能产生点缺陷，如带割阶的位错运动会放出空位。

（3）辐照。高能粒子（中子、a 粒子、高速电子等）轰击金属晶体时，点阵中的原子由于粒子轰击而离开原来位置，产生空位或间隙原子。

2． 简述回复再结晶退火时材料组织和性能变化的规律；为何实际生产中常需要再结晶退火？

【答案】（1）回复再结晶时材料组织变化：该退火过程主要分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。在回复阶段，由于发生大角度晶界迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状，从光学组织上几乎看不出变化。在再结晶阶段，首先是在畸变度大的趋于产生新的无畸变晶粒核心，然后逐渐消耗周围的变形机体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。最后，在表面晶界能的驱动下，新的晶粒互相吞食长大，从而得到在该条件下一个比较稳定的尺寸。

（2）回复再结晶时材料性能变化：在回复阶段，由于金属仍保持很高的位错密度，所以强度和硬度变化很小，但是再结晶后，位错密度显著降低，从而导致强度与硬度明显下降；回复阶段，由于晶体点阵中点缺陷的存在，使电阻明显下降，电阻率明显提高；回复阶段，大部分或全部的宏观内应力可以消除，而微观内应力则只有通过再结晶方可全部消除；回复前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其接近再结晶时，亚晶粒尺寸就显著增大；变形金属的密度在再结晶阶段发生急剧増高。

3． 从材料组织结构对性能影响的角度，定性分析比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料在力学性能方面的差异。

【答案】在这三类材料中，其力学性能特点分别是：

（1）金属材料：优异的塑性和韧性，较高的强度和硬度，较大的弹性和较高的弹性模量；

，极小的弹（2）陶瓷材料：塑性和初性几乎为零，极高的硬度和较低的强度（特别是抗拉强度）

性和极大的弹性模量；

（3）高分子材料：较高的塑性和軔性，较低的硬度和强度，极大的弹性和极小的弹性模量。 这三类材料在力学性能方面的上述差异，主要是由这三类材料在组织结构方面的特点不同所造成的。

（1）材料的弹性及弹性模量主要取决于材料中原子结合键的强弱。其中①陶瓷材料为共价键和离子键，结合键力最强，因此其弹性模量最高但弹性最小；②高分子材料的分子链中为很强的共价键，但分子链之间为很弱的氢键和范德华键，因此其弹性模量最低但弹性最好；③金属材料为较强的金属键结合，故其弹性模量和弹性居中。

（2）材料的硬度也主要取决于材料中原子结合键的强弱。所以，陶瓷材料有极高的硬度，而高分子材料的硬度很低。

（3）材料的强度既与结合键有关也与组织有关。①陶瓷材料虽然有很强的结合键，但由于烧结成形中不可避免地形成气孔或微裂纹，故其强度特别是抗拉强度较低；②高分子材料中很弱的氢键和范德华键使其强度也较低；③金属材料中的金属键虽然不是很强，但高的致密度以及高密度的位错使其具有很高的强度。

（4）材料的塑形与韧性方面，①金属材料中的自由电子云和容易运动的位错以及较高的致密度，使其具有良好的塑性和韧性；②陶瓷材料中的位错不易运动，加之存在气孔和微裂纹，因而陶瓷材料的塑性和軔性几乎为零；③高分子材料中很弱的氢键和范德华键使分子间可以较好地相互滑动，因而有较好的塑性和軔性。

4． 画出下述物质的一个晶胞：

金刚石 NaCl 闪锌矿 纤锌矿 石墨

【答案】金刚石、NaCl 、闪锌矿、纤锌矿、石墨的晶胞分别如图所示。

图

a ）金刚石；b ）NaCl ；c ）闪锌矿（立方ZnS ）；d ）纤锌矿（六方ZnS ）；e ）石墨

5． 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。