东华大学材料物理与化学考研习题集.docx

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东华大学材料物理与化学考研习题集

1.自由基聚合是连锁聚合还是逐步聚合反应？

自由基聚合特点是什么？

请进行阐述。

•答：

连锁聚合。

。

•1.自由基聚合包含有链引发、链增长、链终止、链转移等基元反应，各步反应速率和活化能相差很大；其中链引发反应速率最小，是控制聚合过程的关键。

•2.慢引发，快增长，速终止。

•3.从单体转化为大分子的时间极短，瞬间完成。

体系中不存在聚合度递增的中间状态。

聚合度与聚合时间基本无关

•反应连锁进行，转化率随时间的延长而增加；单体浓度随聚合时间逐步降低，聚合物浓度逐步提高。

延长聚合时间是为了提高单体转化率。

•6.反应是不可逆的。

•7.少量阻聚剂（0.01-0.1%）足以使自由基聚合终止。

2．自由基聚合中，引发剂的分解反应为动力学一级反应，即分解速率Rd与引发剂浓度[I]成正比。

如何计算半衰期t1/2？

3．什么是缩聚反应？

缩聚反应的特点？

•单体间相互反应而成高分子化合物，同时还生成小分子（如水、氨等）的聚合反应叫做缩合聚合反应，简称缩聚反应。

•1.没有特定的反应活性中心（等活性）

•2.随着时间延长，DP增加，单体转化率基本不变

•3.无所谓链引发、链增长和链终止

•4.是逐步、可逆平衡反应

•5.所用单体至少有两个相互作用的官能团。

 反应过程中有小分子析出，高聚物的化学组成与单体不同。

•6.复杂性。

副反应

4．从元素组成和产物结构、DP和单体转化率、可逆性、基元反应等，说出缩聚反应与加聚反应的不同点有哪些？

自由基聚合是加聚反应

·缩聚反应主链由COH和其他杂原子组成，产物主链机构为杂链高分子。

。

加聚主链只有CH,产物主链为碳链。

·缩聚随着时间延长，DP增加，单体转化率基本不变。

加聚反之

·缩聚可逆。

加聚反之

·缩聚机缘反应是官能团反应，加聚由链引发，增长，转移，终止反应组成

5．高分子的化学反应有哪些？

请分别举出一些例子。

•聚合度基本不变的反应：

侧基和端基变化（纤维素化学反应）

•聚合度变大的反应：

交联、接枝、嵌段、扩链

•聚合度变小的反应：

降解，解聚

6．高聚物的分子间作用力有什么？

各有什么特点？

范德华力静电力:

极性分子永久偶极之间的引力。

13-21kJ/mol

诱导力:

分子间（极性或极性+非极性）相互作用力。

6-13kJ/mol

色散力:

分子瞬时偶极之间的相互作用力。

0.8-8kJ/mol

（无饱和性和方向性，永久存在于一切分子之间）

氢键：

氢键具有饱和性、方向性。

X、Y电负性越大，Y半径越小，氢键越强。

≦40kJ/mol分子内氢键和分子间氢键

7．高聚物的结晶形态有哪些？

至少举出3种。

·折叠链片晶

·球晶：

·伸直链片晶，孪晶

8．试画出球晶生成、生长过程的示意图，并进行文字标识、说明。

9.在偏光显微镜的两正交偏振片之间，球晶呈示出什么图象？

·黑十字图象

10．球晶尺寸对材料力学性能的影响？

如何控制球晶的尺寸？

晶核的数目，球晶的数目，球晶相互碰撞机会，球晶尺寸，抗冲击强度，破裂，透明性。

控制球晶大小：

•1.急速冷却

•2.共聚

•3.添加成核剂

11．如何根据比容或密度的加和性，由高聚物的密度来计算高聚物的结晶度？

请对式中所用的符号进行标注。

12．Avrami方程用于高聚物的结晶动力学：

（Vt-V）/（V0-V）=exp（-Ktn）

如何来计算K和n。

并对式中各式的意义，如Vt、V0、V∝、K、n的意义进行解释或标注。

•K：

结晶速率常数；n：

Avrami指数,V是聚合物比容

•t1/2=（ln2/K）1/n

13．什么是高聚物的取向？

取向有哪些类型？

发生取向的结构单元有哪些？

分别在什么条件下发生？

·聚合物分子由于结构上悬殊的不对称性，在受到剪切流动或受力拉伸时不可避免地沿受力方向作平行排列，称为取向作用。

·单轴取向，双轴取向

·链段取向（小尺寸）：

通过单键的内旋转造成链段运动，高弹态下进行；低温、小力作用下，先进行；

·分子链取向（大尺寸）：

需要大分子各链段的协同运动才能实现，只在粘流态进行；高温、大力作用下，后进行。

14．高聚物溶解过程的特点？

·溶解慢（溶剂分子小，聚合物分子大）,先溶胀后溶解

·溶剂不同，排除体积效应不同

·溶解度与分子量：

◆分子量大，溶解度小；分子量小，溶解度大。

◆交联高聚物的溶胀（不可能溶解

·溶解与聚集态有关：

非晶态较易溶解（分子堆砌较松散，分子间力较小）;晶态态难溶解（分子排列规整，堆砌紧密）。

15．选择高聚物溶剂的原则有什么？

·极性相近原则

·溶度参数相近原则

16．如何测定高聚物的溶度参数？

·利用物理常数估算

·实验法：

常用稀溶液的粘度法或测定交联网溶胀度的方法来估算δ。

17．高聚物的分子运动特点是什么？

·运动单元多重性

·松弛过程：

分子运动的时间依赖性

·松弛时间与温度的关系：

分子运动的温度依赖性

18．时温等效原理是什么？

某聚合物Tg=-10℃。

在一恒定外力作用下，25℃时模量降到某一数值约需要2年。

如何根据WLF方程

来计算80℃下模量降到同一数值需要的时间？

•温度与时间具有等效的关系

温度下降相当于延长观察时间

等效性

温度上升相当于缩短观察时间

19．请画出非线性高聚物、轻度结晶聚合物、高度结晶聚合物、交联高聚物的温度-形变曲线（热-机曲线），并进行标注。

20．高弹性的本质是什么性？

请阐述高聚物高弹性的特点？

·高弹性的本质是熵弹性

·弹性形变大、可逆：

最高可达1000％，而金属材料弹性形变一般不超过1％；

·弹性模量E小：

约为105N/m2，而一般金属的弹性模量可达1010N/m2；

时间依赖性：

橡胶在受到外力时，应变是随时间发展的，但最终趋于一个平衡值；

·形变时有明显的热效应：

在快速拉伸时，高弹材料的温度升高；回缩时下降，金属相反。

·温度依赖性：

高弹模量E随温度升高而正比增加；而金属材料的弹性模量随温度增加而减小；

21．请进行阐述高聚物粘性流动的特点？

什么是非牛顿流体？

非牛顿流体主要有哪几种类型？

·高分子的流动通过链段的位移运动完成

·高分子的流动不符合牛顿流体的流动规律

一般，随剪切速率增大反而减小，这种情况称为非牛顿流体（非稳定流体）。

22．结晶与取向的相同点、不同点各是什么？

23．高聚物结晶的特点是什么？

•高聚物结晶困难（细长而蜷曲的高分子链如何作规整排列？

）

•高聚物晶态的有序程度要比小分子物质差得多

（单晶也有链弯曲的部分）

•在非常特殊条件下高聚物才能形成单晶

•片晶厚度《整链的伸直长度

（高分子链必然在片晶内有规地或无规地来回折叠）

•不能用重结晶方法来提纯高聚物

第三章习题

一、教课书上习题（P522）

3-25、3-26、3-28、3-27、3-29、3-30、3-31、3-32、3-38、3-39。

二、求出某钢的含碳量。

已知该钢的平衡组织为P+Fe3CⅡ，而Fe3CⅡ的量占Fe3C总量的41.09%。

三、钢铁可以通过热处理来改善性能，铝合金只能通过时效处理（热处理中的一种）来提高强度，而黄铜则不能通过热处理提高强度，为什么？

四、在α—Fe中，碳占据八面体间隙，试计算当碳含量为0.0218%时碳原子所占据八面体间隙的分数值，并回答为何α—Fe中碳的溶解度为什么这么低？

六、请计算室温莱氏体中渗碳体的相对量，其中共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体、（不考虑三次渗碳体）各为多少？

七、试比较各类材料的膨胀系数，指出材料发生热胀冷缩的原因。

八、何谓材料的耐热性和热稳定性？

并指出工业上测定材料耐热性的方法。

五、名词解释

1、晶胞和晶系2、一级相变和二级相变

3、相图和相律4、费米能级和费米面

5、结晶和再结晶6、耐热性和热稳定性

7、白口铸铁和灰口铸铁8、固溶体和中间相

9拐点分解和上坡扩散10、相和机械混合物

“材料科学与工程基础”第二章习题

1.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。

2.在立方晶系单胞中，请画出：

（a）[100]方向和[211]方向，并求出他们的交角；

（b）（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。

（c）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z轴平行,求此晶面的密勒指数。

3.请算出能进入fcc银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。

4.碳在r-Fe（fcc）中的最大固溶度为2.11﹪（重量百分数）,已知碳占据r-Fe中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C原子占据的百分数。

5.由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的。

请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。

6.假设你发现一种材料，它们密排面以ABAC重复堆垛。

这种发现有意义吗？

你能否计算这种新材料的原子堆垛因子?

7.在FCC、HCP和BCC中最高密度面是哪些面？

在这些面上哪些方向是最高密度方向？

8.在铁中加入碳形成钢。

BCC结构的铁称铁素体，在912℃以下是稳定的，在这温度以上变成FCC结构，称之为奥氏体。

你预期哪一种结构能溶解更多碳?

对你的答案作出解释。

9．试说明为何不能用描述宏观物质的运动方程来描述微观粒子的运动状态？

描述微观粒子状态变化的基本方程是什么？

10．设一能级的电子占据几率为1/4，另一能级为3/4，

（1）分别计算两个能级的能量比费米能高出多少KT；

（2）应用计算结果说明费米分布的特点。

11．何为能带？

请用能带理论解释金属、绝缘体、半导体的电学性能。

12．试解释面心立方晶体和密排六方晶体结构不同、致密度相同的原因。

13．请解释名词：

空间点阵、晶胞、晶系。

14.试解释什么叫费米面和费米能。

15.试分析晶体中的点缺陷是一种热力学平衡缺陷的原因。

16.假设1%（质量分数）的B加入Fe中，

a.B以间隙还是置换杂质存在？

b.计算被B原子占据的位置（不论是间隙或者是置换）的分数。

c.若含B的Fe进行气体渗碳，这个过程会比在不含B的Fe中进行得快还是慢？

请解释。

17.在室温下SiO2可以是玻璃也可以是晶态固体。

问在玻璃态的二氧化硅还是在晶态二氧化硅中扩散更快？

为什么？

19.何为位错？

它有哪些类型？

什么叫滑移？

什么叫攀移？

在什么情况下会发生滑移和攀移。

20．

是一个柏氏矢量为b的位错环，

在剪切应力的作用下，求：

I）该位错环各段位错线的结构类型（位错线方向为顺时针方向）；

II）指出其中刃型位错的半原子面位置；

III）在τ的作用下，该位错环在晶体中如何运动？

运动结果如何？

IV）τ=0时，该位错线是否会稳定存在，为什么？

21.柏氏矢量的物理意义是什么？

当一根位错线在什么条件下才能自发转变成另两根位错线？

22.为什么间隙固溶体中的溶质扩散要比置换固溶体中的溶质扩散快得多？

请解释之。

23.晶体在低温时的扩散以晶界扩散为主，高温时以体积扩散为主，试述理由。

2.考察FCC金属Cu，其点阵常数a为0.362nm。

a.计算这个材料最低能量的柏氏矢量的长度。

b.以Cu原子半径表达这一长度。

c.在这种材料中，滑移发生在那个晶面族？

24．钼（Mo）晶体的柏氏矢量长度是0.272nm。

若Mo的点阵常数是0.314nm，确定Mo具有BCC还是FCC晶体结构。

25.为什么柏氏矢量通常是处在密排方向？

26.为什么密排面通常是滑移面？

27.下面给出BCC金属中的位错反应，说明在矢量运算上是正确的，在能量上它是有利的。

（a/2）[111]+（a/2）[1īī]a[100]

28.在FCC固体中柏氏矢量为（a/2）[101]位错，位错平行于[ī10]。

确定位错的类型和它的滑移面，这个位错能由滑动而移动吗？

29.为什么FCC金属的塑性比HCP及BCC金属的大？

30.讨论刃型位错和螺型位错的共同点和差异点。

31.何为拐点分解，在什么情况下会发生拐点分解。

32.试使用相律指出右图的AB

二元相图的错误之处，并加以解释和修正。

33.什么叫固溶体？

什么叫中间相？

他们的结构和性能有哪些差异？

试分析之。

34.问题34与图下图的二元相图及X0合金有关。

TA和TB分别代表A和B的平衡熔化温度，标出相图的各个相区。

a.这类平衡图的名称是什么？

b.如果组元A具有FCC结构，组元B的晶体结构是什么？

为什么？

c.示意画出X0合金和纯组元B的平衡冷却曲线，解释为什么它们的形状不同。

d.X0合金的液相线温度和固相线温度是什么？

e.X0合金在1100℃时每一个平衡相的成分是什么？

确定在1100℃液体的分数ƒL和固体的分数ƒS。

f.X0合金在平衡条件下从1200℃冷却到室温，画出它的ƒL和ƒS随温度的变化略图。

g.用图7-43的相图，当平衡冷却通过两相区时，说明液相和固相的成分怎样变化。

35.考虑一个假设相图，其中组元A在900℃熔化，组元B在1000℃熔化，在600℃有一个不等温转变。

B在α中的溶解度从在室温时几乎为零上升到最大值的10%。

当一个含30%B的合金在平衡条件下冷却到稍高于600℃时，出现50%α相合50%液相，而冷却到稍低于600℃时合金含α和β两相，α的分数为0.75。

在平衡条件下冷却到室温后，在α+β混合体中α的量减为68%。

画出这个平衡相图。