有关高分子、复合、金属、陶瓷材料.doc
材料科学简答题
材料科学简答题1.什么是材料科学？材料科学是一门研究材料性质、结构和性能的学科。
它涵盖了多种材料，包括金属、陶瓷、高分子和复合材料等。
材料科学的目标是理解材料的基本特性以及如何设计、制备和改进材料，以满足不同应用的需求。
2.材料的分类有哪些？根据材料的组成和性质，材料可以分为以下几类：- 金属材料：由金属元素组成的材料，具有良好的导电性和热导性。
- 陶瓷材料：由非金属元素组成的材料，通常具有良好的耐高温性和化学稳定性。
- 高分子材料：由大分子化合物组成的材料，如塑料和橡胶，具有良好的可塑性和绝缘性能。
- 复合材料：由不同种类材料组合而成的材料，具有优异的特性，如高强度和轻质化。
3.材料的性能评价指标有哪些？评价材料性能的指标可以根据具体的应用需求而有所不同，但通常包括以下几个方面：- 机械性能：如强度、硬度、韧性等。
- 热性能：如熔点、导热性、热膨胀系数等。
- 电性能：如电导率、介电常数、电阻率等。
- 光学性能：如透光性、折射率、反射率等。
- 化学性能：如腐蚀性、稳定性、耐热性等。
4.材料的结构对其性能有何影响？材料的结构与性能密切相关。
不同材料的结构包括晶体结构、非晶态结构和多相结构等。
结构的不同会影响材料的物理、化学和力学性能。
例如，晶体结构通常具有较高的硬度和强度，而非晶态结构则具有较高的可塑性和韧性。
5.材料科学的应用领域有哪些？材料科学在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：- 制造业：包括汽车制造、航空航天、电子产品等。
- 能源领域：如太阳能电池、燃料电池、储能材料等。
- 生物医学：如人工关节、生物材料等。
- 环境保护：如水处理、废物处理等。
- 建筑与土木工程：如高性能混凝土、耐候钢材等。
材料科学的应用广泛且不断发展，为各个领域的技术革新和进步提供了重要支持。
6.材料科学的发展趋势是什么？随着科技的不断进步和需求的变化，材料科学也在不断发展和创新。
未来的发展趋势包括：- 新材料的发展：如纳米材料、高性能复合材料等。
复合材料中的基体材料
复合材料中的基体材料复合材料是由两种或更多种不同材料组成的材料，其中一种材料称为基体材料。
基体材料在复合材料中起到支撑和固定增强材料（通常是纤维或颗粒）的作用。
基体材料的选择对复合材料的性能和应用起着至关重要的作用。
下面将介绍一些常见的基体材料及其特点。
1.金属基体材料：金属基体材料主要是指铝、镁、钛等金属材料。
金属基复合材料具有高强度、高刚度、优良的导热性、良好的耐腐蚀性和可加工性等优点。
金属基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、船舶制造和建筑等领域。
2.高分子基体材料：高分子基体材料主要是指树脂类材料，如环氧树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺等。
高分子基复合材料具有重量轻、绝缘性能好、抗腐蚀性能好等特点。
高分子基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、电子电器等领域。
3.陶瓷基体材料：陶瓷基体材料主要是指氧化铝、氧化硅、碳化硅等无机材料。
陶瓷基复合材料具有高硬度、高耐磨性、抗高温等特点。
陶瓷基复合材料广泛应用于制造耐火材料、摩擦材料和高温结构材料等领域。
4.碳基体材料：碳基体材料主要是指碳纤维、炭黑等碳材料。
碳基复合材料具有重量轻、高强度、高刚度、耐高温、导电性能好等特点。
碳基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、体育器材等领域。
5.纳米基体材料：纳米基体材料主要是指纳米颗粒、纳米管、纳米片等纳米材料。
纳米基复合材料具有独特的物理、化学和力学性能，如高强度、高硬度、低摩擦系数等。
纳米基复合材料在材料科学领域具有重要的应用前景。
总之，基体材料是复合材料中重要的组成部分，其种类和性能直接影响着复合材料的性能和应用范围。
随着科技的发展，不断有新型的基体材料涌现，为复合材料的开发和应用带来了新的可能性。
材料微观组织的概念及分类
材料微观组织的概念及分类材料微观组织是指材料在微观尺度下的内部结构和组织形态，是由晶体、晶界、晶粒、晶格缺陷、孪晶、析出相、晶体取向等组成的。
微观组织的特征与性能之间有着密切的关系，对材料的性能和行为具有重要的影响。
微观组织的分类主要有金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
金属材料的微观组织特征主要包括晶格结构、晶粒形态、晶界和孪晶。
在金属的微观组织中，晶界是一个非常重要的概念，它是相邻晶粒之间的交界面，对金属材料的力学性能和腐蚀性能有很大的影响。
金属材料的晶粒形态可以有等轴晶粒、柱状晶粒和板状晶粒等不同形态，这些形态的不同会对金属材料的性能产生影响。
此外，金属材料中的孪晶是由于材料在变形或加工过程中产生了错觉而形成的，对材料的塑性变形行为有着重要的影响。
金属材料的微观组织特征对金属材料的热加工、冷加工、固溶处理、时效处理等过程中的材料性能有着重要的影响。
陶瓷材料的微观组织特征主要包括晶粒尺寸、晶粒分布、晶粒取向和晶界结构。
陶瓷材料中的晶粒尺寸和分布对材料的力学性能、耐磨性能和耐热性能具有重要的影响。
此外，陶瓷材料中的晶粒取向可以对材料的力学性能和导热性能产生重要的影响。
陶瓷材料中的晶界结构也是一个重要的概念，对陶瓷材料的力学性能和导热性能有着重要的影响。
陶瓷材料的微观组织特征对陶瓷材料的成型、烧结、抛光等过程中的材料性能有着重要的影响。
高分子材料的微观组织特征主要包括聚合物链的构型、分子结晶、晶粒尺寸和晶界结构。
高分子材料中聚合物链的构型对材料的强度、韧性和耐磨性能有着重要的影响。
高分子材料中的分子结晶对材料的耐热性能和耐溶剂性能有着重要的影响。
高分子材料中的晶界结构对材料的热加工、冷加工和固溶处理等过程中的材料性能有着重要的影响。
高分子材料的微观组织特征对高分子材料的成型、挤压、拉伸等过程中的材料性能有着重要的影响。
复合材料的微观组织特征主要包括基体和增强相的分布、界面结构和晶粒尺寸。
复合材料的基体和增强相的分布对材料的强度、韧性和硬度有着重要的影响。
高分子 陶瓷 复合材料
一、高分子材料的定义高分子材料：以高分子化合物为基础的材料，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、胶粘剂和高分子基复合材料，由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。
高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万，所含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。
高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线型高分子(如聚乙烯的分子)。
如果高分子化合物中的原子连接成网状时，这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。
二、高分子材料的结构特征高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。
因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外，还具有许多特殊的结构特征。
高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。
链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。
近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。
远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺环境中的构象，也称二级结构。
聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。
三、高分子材料按来源分类高分子材料按来源分，可分为天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。
天然高分子材料包括纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等。
合成高分子材料以及以高聚物为基础的，如各种塑料，合成橡胶，合成纤维、涂料与粘接剂等。
四、生活中的高分子材料生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。
第七章-高分子材料、陶瓷材料和复合材料
§ 7.1 高分子材料
高聚物的聚集态结构决定了它的性能。由于晶态结构中，分子链规 则而紧密排列，分子间作用力大，链运动困难，所以高聚物的强度、 刚度、密度、熔点等都随着结晶度的增加而提高，而一些依赖链活动 的性能指标，如弹性、韧性、伸长率等则随着结晶度增加而降低。
四、高聚物的物理状态
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§ 7.1 高分子材料
因此通过改变分子链的组成，可形成多种性能不同的高聚物材料。 2.大分子链的形状 大分子链的几何形状有线型、支化型和网型(体型或交联型)。
线型分子链各链节以共价键连接成线型长链，像一根长线，通常 卷曲成不规则的线圈状态或团状。如图7-1(a)所示。支化型分 子链在线型大分子主链的两侧有许多长短不一的小支链如图71(b)所示。网型分子链的大分子链之间通过支链或化学键连接 成一个三维空间的网状大分子。如图7-1(c)所示。
3.粘流态 当温度升高到粘流化温度Tf时，大分子链可以自由运动，高聚物成 为流动的钻液，这种状态叫粘流态。
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§ 7.1 高分子材料
粘流态是高聚物成型加工的工艺状态。由单体聚合生成的高聚物原料一般 为粉末状、颗粒状或块状，将高聚物原料加热至粘流态后，通过喷丝、吹塑、 挤压、模铸等方法，加工成各种形状的零件、型材或纤维等。粘流态也是有 机胶粘剂的工作状态。 五、常用的高聚物
③增塑剂增塑剂用来增加树脂的可塑性、柔软性、流动性，降低 脆性，改善加工工艺性能。
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§ 7.1 高分子材料
增塑剂与树脂的混溶性要好，同时，要具有无毒无害、无臭无色、不 易燃烧、不易挥发、成本低等特点。常用的增塑剂有磷酸醋类化合物、 甲酸醋类化合物、氯化石蜡等。
④稳定剂稳定剂可增强塑料对光、热、氧等的抗老化能力，延长 塑料制品的使用寿命。常用的稳定剂有硬脂酸盐、炭黑、铅的化合物、 环氧化合物等。
12 第八章 非金属材料简介
图8-1 线型非晶态高聚物的温度-形变曲线
图8-2线型晶态高聚物的温度-形变曲线
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(2)线型晶态高聚物和体型高聚物的力 学状态 晶态高聚物的热-机曲线如图8-2所示 (图中Tm为熔点)，这种高聚物分为一般 分子量和很大分子量两种情况。一般分 子量的高聚物在低温时，链段不能活动， 变形小，因此在Tm以下与非晶态高聚物 的玻璃态相似，高于Tm则进入粘流态。 分子量很大的晶态高聚物存在高弹态 (Tm-Tf)。由于高分子材料只是部分结晶， 非晶区柔性好，晶区刚性好，因而在非 晶区的Tg与晶区的Tm温度区间，处于韧 性状态，即皮革态。 体型高聚物的力学状态与交联点的密度 有关，密度小，链段仍可运动，具有高 弹态，如轻度硫化的橡胶。交联点密度 大，则链段不能运动，此时Tg = Tf，高 聚物变得硬而脆，如酚醛塑料。
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（3）常用工程塑料 工程塑料是指力学性能和热性能均较好，可在承受机械应力 和较为苛刻的化学及物理环境下使用，并可作为工程结构件的 塑料。 常用塑料的性能见表8-2
PS管 PE波纹管
PP方向盘
ABS阀门 聚四氟 乙烯管
聚四氟乙 烯零件
密 封 件
电器配件9/25源自• 1)一般结构用塑料 一般结构用塑料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和ABS塑料等。 聚乙烯(PE)的合成方法有低压、中压、高压三种。高压聚乙烯质地柔软， 适于制造薄膜。低压聚乙烯质地坚硬，适于做结构件，如化工管道、电缆绝 缘层、小负荷齿轮、轴承等。 聚氯乙烯(PVC)成本低，但有一定毒性。根据增塑剂的用量不同分为硬质和 软质两种。硬质聚氯乙烯主要用于工业管道系统及化工结构件等，软质聚氯 乙烯主要用于薄膜、电缆包覆等。 聚苯乙烯(PS)电绝缘性优良，但脆性大，主要用于日用、装潢、包装及工 业制品，如仪器仪表外壳、接线盒、开关按钮、玩具、包装及管道的保温层、 耐油的机械零件等。 聚丙烯(PP)具有优良的综合性能，可用来制造各种机械零件，如法兰、齿 轮、接头、把手，各种化工管道、容器，以及医疗器械、家用电器部件等。 ABS塑料是由丙烯腈(A)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)三种单体共聚而成，兼具三 组分的性能，是具有“坚韧、质硬、刚性”的材料，在机械、电气、纺织、 汽车、飞机、轮船等制造工业及化学工业中被广泛应用。
材料科学与工程的主要研究对象和内容
材料科学与工程的主要研究对象和内容材料科学与工程是一门研究物质的结构、性质、分析、制备和应用的学科。
其主要研究对象是各种材料，包括金属、陶瓷、高分子材料、复合材料等。
材料科学与工程的研究内容涉及材料的合成、加工、性能测试、性能调控和应用等方面。
材料科学与工程的研究对象之一是金属材料。
金属材料是指以金属元素为主要成分的材料，如铁、铜、铝等。
研究金属材料的主要目的是探究其结构与性能之间的关系，以及如何通过调控结构来改善材料的性能。
例如，通过合适的冶炼工艺和热处理，可以使金属材料具有良好的机械性能、耐腐蚀性能和导电性能。
材料科学与工程的研究对象还包括陶瓷材料。
陶瓷材料是一类非金属、无机材料，具有高硬度、耐高温、绝缘性等特点。
研究陶瓷材料的主要内容包括陶瓷材料的合成方法、陶瓷的微观结构与性能之间的关系、陶瓷的加工工艺等。
陶瓷材料广泛应用于电子器件、建筑材料、航空航天等领域。
材料科学与工程的研究对象还包括高分子材料。
高分子材料是一类由大量重复单元组成的聚合物材料，具有良好的可塑性和化学稳定性。
研究高分子材料的主要内容包括高分子的合成方法、高分子结构与性能之间的关系、高分子的加工工艺等。
高分子材料被广泛应用于塑料制品、纤维材料、橡胶制品等领域。
复合材料也是材料科学与工程的研究对象之一。
复合材料是由两种或两种以上不同类型的材料组成的材料，具有优异的力学性能、导热性能和电磁性能。
研究复合材料的主要内容包括复合材料的制备方法、复合材料的微观结构与性能之间的关系、复合材料的加工工艺等。
复合材料被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
材料科学与工程的主要研究对象是金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
其研究内容包括材料的合成、加工、性能测试、性能调控和应用等。
通过研究材料的结构与性能之间的关系，可以为材料的设计和应用提供科学依据，推动材料科学与工程的发展。
非金属材料包括哪三大类
非金属材料包括哪三大类非金属材料是指在常温下不具有金属特性的材料，它们在工程领域中具有广泛的应用。
根据其性质和用途的不同，非金属材料可以分为三大类，陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
首先，陶瓷材料是一类重要的非金属材料，它主要由氧化物、氮化物、碳化物等无机化合物构成。
陶瓷材料具有高熔点、硬度大、耐磨损、耐腐蚀等特点，因此在工程领域中得到广泛应用。
陶瓷材料可以分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。
结构陶瓷主要用于制作机械零件、研磨材料等，而功能陶瓷则主要用于制作电子元器件、光学器件等。
其次，高分子材料是另一类重要的非金属材料，它由大量重复单元构成的聚合物组成。
高分子材料具有质轻、绝缘、耐腐蚀、易加工等特点，因此在航空航天、汽车制造、电子产品等领域得到广泛应用。
根据其结构和性质的不同，高分子材料可以分为塑料、橡胶和纤维三大类。
塑料主要用于制作包装材料、建筑材料等，橡胶主要用于制作密封件、橡胶制品等，而纤维则主要用于制作纺织品、绝缘材料等。
最后，复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有优良的综合性能。
复合材料可以根据其基体和增强材料的不同分为无机复合材料和有机复合材料两大类。
无机复合材料主要包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料，它们具有高强度、高刚性、耐高温等特点，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。
有机复合材料主要包括纤维增强复合材料、层状复合材料等，具有质轻、高强度、耐腐蚀等特点，广泛应用于航空航天、体育器材、汽车制造等领域。
综上所述，非金属材料包括陶瓷材料、高分子材料和复合材料三大类。
它们在工程领域中具有重要的应用价值，为各行各业的发展做出了积极贡献。
希望本文能够帮助读者更好地了解非金属材料的分类和特点，为相关领域的研究和应用提供参考。
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有关高分子、复合、金属、陶瓷材料
专业：
学生姓名：
学号：
指导教师：
完成时间：2015年1月3日
有关金属、陶瓷、高分子、复合材料
高分子材料
特点：高分子材料是以高分子化合物为基础的材料，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、胶粘剂和高分子基复合材料。
高分子材料有很高的分子量,质轻,密度小,有优良的力学性能,绝缘性能,隔热性能.由于高分子结构的不同,其特点也不尽相同。
比如说：橡胶一类线型柔性高分子聚合物，其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状；高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料，它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。
功能高分子材料除还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。
应用：浙江大学的科研人员得到一种不仅坚硬、富有韧性，而且可连续化制备的高分子材料。
用它织成的衣服可以防辐射和静电，由于新型纤维质量轻，还可做成更轻便的防弹衣。
目前，课题组已能制成比头发丝还细的仿贝壳纤维。
“我们这项技术的应用面很广，例如可制成功能性的织物。
大家穿上了用仿贝壳纤维材料做的衣服后，不仅能防静电，还可以防辐射，同时又耐化学腐蚀。
”该课题组博士生许震说。
也许在未来，人们真的可以像蜘蛛侠那样，喷出液体迅速凝结成强韧的新型纤维，飘荡在城市大楼之间。
复合材料：
特点：由异质、异性、异形的有机聚合物、无机非金属、金属等材料作为基体或增强体，通过复合工艺组合而成的材料。
除具备原材料的性能外，同时能产生新的性能。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
以纤维增强材料应用最广、用量最大。
其特点是比重小、比强度和比模量大。
一般复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点。
应用：在建筑工业发展中使用树脂基复合材料对减轻建筑物自重，提高建筑物的使用功能等十分有利，是实现建筑工业现代化的必要条件。
有可设计性，力
学性能好，装饰性好，透光性好，隔热性好，隔音性好，耐化学腐蚀性好等优点。
金属材料：
特点：大多数金属具有面心立方、体心立方或密排六方结构，金属是一种具有光泽、富有延展性、易导电、导热等性质的物质，金属元素在化合物中通常只显正价。
金属开始凝固的温度恒低于其熔点。
应用：铝锂合金被认为是航空航天工业中的理想结构材料。
具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能，用其取代常规的铝合金可使构件质量减轻15%，刚度提高15%-20%，在航天领域，铝锂合金己在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。
铝锂合金作为储箱、仪器舱等结构材料具有较大优势。
陶瓷：
特点：陶瓷是陶器和瓷器的总称。
陶瓷材料一般有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，但可塑性较差。
主要原料是自然界的硅酸盐矿物（粘土，长石，石英等），特种陶瓷更多的是采用纯粹的氧化物和具有特殊性能的原料。
应用：碳化硅陶瓷是一种高强度、高硬度的耐高温陶瓷，在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗弯强度，是目前高温强度最高的陶瓷，碳化硅陶瓷还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和高的冲击韧度。
是良好的高温结构材料，可用于火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、炉管等高温下工作的部件；利用它的导热性可制作高温下的热交换器材料；利用它的高硬度和耐磨性制作砂轮、磨料等。
参考：中国材料网，高分子材料网，复合材料网。