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《材料工程基础》复习思考题 ~ 1 ~ 第2章粉末材料的制备1、以纳米金属为例说明粉未材料细化后的特性。答：当粉体细化到纳米粉时就会表现出一些异常的功能特性：①纳米金属的熔点比金属块的熔点低很多，例如，金的熔点为1337K，而2ｕｍ的金颗粒的熔点则降低到600K；②纳米粉在很宽的频谱范围内都呈现出物理学的黑体现象，即不仅对可见光吸收，为黑色粉末，同时对电磁波也完全吸收；③纳米磁性粉末颗粒以成为单磁畴结构，具有很高的矫顽力，例如纳米磁性金属的磁化率为普通金属的20倍，而饱和磁矩则是普通的二分之一；④一些纳米颗粒的导电性能明显改善，呈现出超导特性，并且具有较高的超导临界转变。纳米粉体之所以具有不同于一般块体材料的属性，是由于纳米颗粒的四个效应所决定的，即：小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。 2、请叙述机械制粉法、物理制粉法与化学制粉法的定义，并比较三者之间的区别。答：①定义：机械制粉：通过机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法；物理制粉：采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末；化学制粉：依靠化学反应或电化学反应过程，生成新的粉态物质。化学制粉的方法很多，主要有还法、热分析法、沉淀法、电解法等。②区别：3、请比较机械研磨法中几种不同球磨方式的定义、工作原理及异同点。答：机械研磨法中三种不同球磨方式。①定义：滚筒式球磨：滚筒式球磨是磨球对粉料的撞击来实现的。振动球磨：是通过机械振动使磨球产生很强的惯性力，从而使磨球间及磨球与磨筒间产生激烈冲击、摩擦等作用力，达到细化颗粒的目的。搅拌球磨：又称为高能球磨，在球磨过程中，磨筒并不转动，磨球与粉料的运动是通过带有横臂的中心搅拌棒高速转动实现的。②工作原理：滚筒式球磨：滚筒以速度V实际（V临1V实际V临2）转动，磨球开始抛落下来，形成磨球与滚筒及磨球与磨球之间的碰撞，从而将颗粒细化的过程。振动球磨：装有粉料及磨球的磨筒固定于工作台上，整个工作台置于弹簧支撑上，工作台偏心激振装置使磨筒产生高频振动，然后将振动的能量传递到筒内的磨球，从而将颗粒细化的过程。搅拌球磨：搅拌磨球的横臂均匀分布在不同高度上，并呈现一定角度。球磨过程中，磨球与粉料一起呈螺旋上升，到了上端后中心搅拌棒周围产生漩涡，然后沿轴线下《材料工程基础》复习思考题 ~ 2 ~ 降，如此循环往复，从而将颗粒细化的过程。③异同点：以上三种的相同点是：都是利用动能来破坏材料的内结合力，使材料分裂产生新的界面；不同点是：滚动式球墨主要是利用磨球与磨球及磨球和磨球与筒的撞击来实现研磨的；而震动球墨是利用磨球的惯性力来产生冲击，摩擦等；搅拌球磨则是利用中心搅拌的高速转动来实现运动的。 4、气流研磨法制粉有几种类型?请比较各自的定义、工作原理及工艺特点。答：气流研磨法制粉有三种种类型。①定义：旋涡研磨：为了研磨软金属粉末而开发出的一种制粉方法。冷流冲击：利用金属的冷脆性而开发的一种粉末制取技术。流态化床气流磨：粉碎作业时，高压气体通过特殊的喷嘴进入研磨室，使物料流态化，粉末颗粒被压缩气体加速后，自身相互碰撞、摩擦，达到粉末细化的目的。②工作原理：旋涡研磨：研磨时，气体的流动是通过一对高速旋转的螺旋桨产生的，形成的两股相对气流，夹带着被研磨的粉末物料，使颗粒间或颗粒与螺旋桨间相互碰撞、摩擦，达到粉末细化的目的。冷流冲击：将高速运动的粉末颗粒喷射到一个固定的硬质靶上，通过强烈碰撞而使粉末颗粒破碎。流态化床气流磨：粉碎作业时，高压气体通过特殊的喷嘴进入研磨室，使物料流态化，粉末颗粒被压缩气体加速后，自身相互碰撞、摩擦，达到粉末细化的目的。③工艺特点：旋涡研磨：为了防止金属氧化和安全起见，在研磨时需要通入惰性气体或还原性气体作为保护气氛。使用的原料可以是细金属丝、切削等。冷流冲击：加速后的气体可超过音速，气粉混合物的温度迅速降低，这两点对颗粒的粉碎十分有利。粉末粒度与气流压力有关，气压越大，则粉末越细。流态化床气流磨：可获得超细粉体，并且粉末粒度均匀；由于气体绝热膨胀造成温度下降，所以可研磨低熔点物料；粉末不与研磨系统部件发生过度的摩损，因此粉末杂质含量少；针对不同性质的粉末，可使用空气、Ｎ２、Ar等惰性气体。5、请叙述雾化法的类型、定义、基本原理及工艺特点。答：雾化法的类型有：双流雾化法、离心雾化法。①定义：双流雾化法：分为气雾化和水雾化两种方法，适合于金属粉末制备。离心雾化法：是借助离心力的作用，将液态金属破碎为小液滴，然后凝固为固态粉末颗粒的方法。②基本原理：双流雾化法：雾化制粉时，先由电炉或感应电炉将金属或合金熔化，再注入金属液中间包含。金属液由底部露孔流出时液流与沿一定角度高速射击的气体或水相遇，然后被击碎成小液滴。随着液滴与气体或水流的混合流动，液滴的热量被雾化介质迅速带走，使液滴在很短的时间内凝固成为粉末颗粒。离心雾化法：主要有旋转电极法、旋转锭模法、旋转盘法、旋转轮、旋转杯和旋转《材料工程基础》复习思考题 ~ 3 ~ 网方法，原理如图所示。③工艺特点：双流雾化法：离心雾化法：6、请叙述物理蒸发冷凝法的类型、定义、基本原理及工艺特点。答：物理蒸发冷凝法的类型有：电阻加热方式、等离子加热方式、激光加热方式、电子束加热方式、高频感应加热方式。①定义：利用金属蒸气冷凝制备超微金属粉末的方法。根据能量输入方式的不同可分为电阻加热方式、等离子加热方式、激光加热方式、电子束加热方式、高频感应加热方式。②基本原理：③工艺特点：7、请叙述化学气相沉积的定义、基本原理、步骤、类型及工艺特点。答：①定义：化学气相沉积：通过某种形式的能量输入（如加热分解）使气体原料发生化学反应，生成固态金属或陶瓷粉体的制粉方法。②基本原理：（1）反应类型：①分解反应：aA(气）→mM（固）+nN(气）②化合反应：aA(气）+bB(气）→mM（固）+nN(气）③步骤：①化学反应：热力学判据a.分解反应b.化合反应②均匀形核：产物蒸气浓度过饱和等形成产物晶核（均匀形核过程）（a）临界晶核r*i)当rr*时，随r增加，G增大，体系不稳定，r应减小至消失；ii)当rr*时，随r增加，G减少，体系稳定，r应不断增大；故临界晶核越小越好。（b）温度升高，r*增大；过饱和程度P/P0增大和r*减小，均有利于晶核形成。③晶粒生长：受产物分子从反应体系中向晶粒表面扩散迁移速率控制。《材料工程基础》复习思考题 ~ 4 ~ ④团聚：颗粒之间聚集作用。颗粒越小越明显，应予以消除。④类型：（1）热分解法（2）气相还原法（3）复合反应法⑤工艺特点：（1）可以在常压或者真空条件下(负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好)（2）可以控制涂层的密度和涂层纯度（3）可以通过各种反应形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层8、请说出金属氧化物还原反应的热力学与动力学条件。答：①热力学条件：还原反应可以用一般的化学式表示：MeO+x(还原剂)=Me(金属)+XO②动力学条件：①粉末制备出多数是多相反应而非均相反应，特别是固一气多相反应。②多相反应的特点：反应速度受反应物及生成物浓度、温度、界面特性及几何形状、反应相比例，溶体速度，形核，扩散等因素影响。③多相反应速度的控制环节，低温下化学反应控制，高温下扩散控制。9、请叙述还原化合法制取金属粉未的类型及特点。答：①类型：碳还原法、气体还原法、金属热还原法和还原——化合法。②特点：10、以电解法制取铜粉为例叙述影响制备过程与粉末粒度的因素与控制措施。答：①因素：①电流密度：电解制粉的电流密度比致密金属电解精练时的电流密度高得多。在能够析出粉末的电流密度范围内，电流密度越高，粉末越细，因为电流密度增大时，在阴极上单位时间内放电的离子数目越多，形成的晶核数愈多，所以粉末愈细。②金属离子浓度：电解制粉的金属离子浓度比电解精练时的饿金属离子浓度低得多。金属离子浓度越低，向阴极扩散的金属离子数量越少，粉末颗粒长大趋势减少，而形成松散粉末。③氢离子浓度：氢离子浓度愈高，氢愈易于析出，愈有利于松散粉末的形成。④电解液温度：温度升高时，电解粉末变粗。②控制措施：11、单颗粒及粉体粒径的表示方法有哪些?请说明粒度测定的方法及原理。答：单颗粒及粉体粒径的表示方法有三轴径、当量径、定向径三种。①方法：筛分析法、激光衍射法、沉降法。②原理：筛分析法：筛分法有标准筛制和非标准筛制。激光衍射法：①光照到颗粒时产生衍射现象。②小颗粒衍射角大，大颗粒衍射角小。③某衍射角光强度与相应粒度的颗粒数量有关。沉降法：a）沉降规律：在具有一定粘度的粉末悬浊液内，大小不等的颗粒自由沉降时，其速度是不同的，颗粒越大沉降速度越快。如果大小不同的颗粒从同一起点高《材料工程基础》复习思考题 ~ 5 ~ 度同时沉降，经过一定距离（时间）后，就能将粉末按粒度差别分开。b）光吸收率I=f1（t）=f2（d）第1章第6节玻璃的熔炼与凝固1、简述玻璃的性质与结构特征。答：①性质：五点特性；各向同性、无固定熔点、亚稳性、变化的可逆性、可变性。 ②结构特征：从目前有关玻璃性质及其结构的研究资料看，可以认为短程有序和长程无序是玻璃态物质的结构特点。在宏观上玻璃主要表现在无序均匀和连续性方面，而在微观上它又是有序、不均匀和不连续的。2、请叙述熔融冷却法形成非晶态玻璃的动力学条件，熔制原理与工艺流程。答：①动力学条件：从动力学的角度讲，析晶过程必须克、克服一定的势垒，包括成核所需建立新界面的界面能以及晶核长大所需的质点扩散的激活能等。如果这些势垒较大，尤其当熔体冷却速度很快时粘度增加很大，质点来不及进行有规则排列，晶核形成和长大均难以实现，有利于玻璃的形成。 ②熔制原理：利用高温加热熔化配合料，制成均匀、无气泡并能成形的玻璃熔融液的过程。③工艺流程：第3章高分子材料的聚合1、什么是高分子化合物?与小分子物质相比，材料有哪些结构特点?答：①高分子化合物：高分子化合物又称高聚物，是由一种或多种低分子化合物（单体）通过化学聚合反应而形成，以共价键联结若干重复单元所形成的长链结构为基础的高分子量化合物。②结构特点：1、高分子是由很大数目的机构单元组成的。2、一般高分子的主链都有一定的内旋转自由度。3、高分子有很多结构单元组成。4、只要有高分子链中存在交联，即使交联度很小，高聚物的物理力学性能也会发生很大的变化，最主要的是不溶解和不熔融。5、高聚物的聚集态有晶态和非晶态之分。6、要将高聚物加工成为有用的材料，往往需要在树脂中加入填料、各种助剂、色料等。 2、请写出加聚反应、缩聚反应、连锁聚合反应与逐步聚合反应的定义。与连锁聚合反应相比，逐步聚合反应有哪些特点?答：①定义：加聚反应：将单体相互之间加成而聚合起来形成高分子的反应称作加聚反应。缩聚反应：将单体相互化合形成高分子化合物，同时还有低分子副产物产生的反应，称作缩聚反应。连锁聚合反应：用物理或化学方法产生活性中心，并且一个个向下传递的连续反应称为连锁反应。烯类单体一经引发产生了活性中心，若此活性中心有足够的能量，即能打开烯烃类单体的π键，连续反应生成活性链，称为连锁聚合反应。《材料工程基础》复习思考题 ~ 6 ~ 逐步聚合反应：具有两个或两个以上反应官能团的低分子化合物相互作用，形成具有新的键合基团的聚合物的反应过程。②特点：（a）由单体合成聚合物的过程是逐步完成的。（b）单体的转化率在反应初期就很大，中、末期转化率随反应时间变化不大。（c）聚合物的相对分子质量随反应时间的增加而增大。（d）反应活化能较高，反应热效应小，放热较少。3、什么是自由基聚合?请叙述自由基聚合的特征。答：①自由基聚合：在连锁聚合反应中，其中有一种形式是以自由基形式激活单体，即链增长活性中心为自由基，这种聚合反应称为自由基聚合。②特征：①自由基聚合反应在微观上可以明显的分为链引发、链增长、链终止[如偶合终止、歧化终止]及链转移等基元反应。其中引发速率最小，是控制总聚合速率的关键，可以概括为慢引发、快增长、速终止。②绝大多数是不可逆反应。③绝大多数是连锁反应，只有增长反应才使聚合度增加，一个单体分子转变成大分子时间极短，不能停留在中间