材料化学
一 名词解释
1 材料：材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质 。
2 智能材料：性能随着时间和空间条件的变化而变化得智能材料的适应环境，
接受外界环境的调节，且不需要靠计算机和电子技术，仅靠材料本身的性质来实
现自我调节，自我诊断，自我复原。
3 设计型材料 : 就是化学家和材料科学家采用新的物理，化学方法，根据实际
需要设计出具有特殊性能的材料。
4 材料化学：是研究材料的制备，组成，结构，性质及其应用的一门科学。
5 结构材料: 是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状，结构不变的优良力学性能（强
度和韧性等），用于结构目的的材料。
6 功能材料：是具有优良的电学，磁学，光学，力学，热学，声学，化学和生物学功能及
其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。
7 复合材料： 是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上
组成具有新性能的材料。
8 晶体：是原子（离子)在三维空间中有规律的周期性排列而成的，其结构特点是长程有
序。
9 点缺陷：发生在晶格中一个原子尺寸范围内的一类缺陷。
10 线缺陷：缺陷只在一个方向上延伸，或称一维缺陷，主要是各种形成的位错，是晶格中
缺少一列粒子而形成线缺陷。
11 面缺陷：晶体内部偏离周期性点阵结构的二维缺陷。
12 本征缺陷：是由于渗入杂质，扰乱了晶体结构严格的周期性而产生的。
13 位错：晶体中某处有一列或若干原子发生有规律的错排现象。
14 合金; 是由两种或两种以上的金属元素或由金属元素组成的具有金属特性的物质
15 固溶体：是合金由液态结晶成固态时，其组元之间仍能相互溶解而形成的均匀相
16 化学气相沉积法：利用气态物质在一固体表面进行化学反应，生成的固体产物沉积于衬
底上的制备方法。
17 水解反应法：指盐的组分离子跟水解离的 H﹢或 OH-结合弱电解质的反应。
18 超耐热合金：指在 700~1200℃高温下能满足工作的金属材料。
19 贮氢合金：在一定温度和氢气压力下，能多次吸收，贮存和释放氢气的材料。
20 特种陶瓷：具有高强，耐温，耐腐蚀性或具有各种敏感性的陶瓷材料。
21 结构陶瓷：由单一或复合的氧化物或非氧化物组成，如单由 Al2O3、ZrO2、SiC、
Si3N4，或相互复合，或与碳纤维结合而成。
22 氧 化 铝 陶 瓷 ： 是 一 种 以 a-AL2O3 为 主 晶 相 的 陶 瓷 材 料 ， 其 AL2O3 含 量 一 般 在
75%~99%。
23 非氧化物陶瓷：由碳化物，硅化物和硼化物等制造的陶瓷的总称。
24 功能陶瓷：具有电，光，磁，化学和生物特性，且具有相互转换功能的陶瓷。
25 超导材料：具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。
26 腐蚀：材料(通常指金属)与环境间的物理－化学相互作用，其结果是使材料的性能发生
变化，并常可导致材料、环境或由它们作为组成部分的技术体系的功能受损伤。
27 化学腐蚀：材料与周围介质直接发生化学反应，但反应过程中不产生电流的腐蚀过程
28 电化学腐蚀：金属与离子导电性介质发生电化学反应，反应过程中伴随有电流的产生的
腐蚀过程。
29 腐蚀电池：只能导致金属材料破坏而不能对外作有用功的短路原电池。
30 极化：电极上有电流通过时，电极电势偏离其平衡值的现象。
31 阳极极化：当有电流通过时，阳极的电极电势向正的方向偏移的现象。
32 阴极极化：当有电流通过时，阴极的电极电势向负的方向偏移的现象。
33 活化极化：由于电极反应缓慢而引起的极化。
34 浓差极化：浓液中的离子离开或达到电极表面的扩散过程落后而引起的极化现象。
35 钝化：有些本来和容易腐蚀的金属和合金在某些特征条件下会失去它们的反应活性而变
得稳定耐腐蚀，这种现象叫做钝化。
36 应力腐蚀破裂：金属材料在一定的拉伸应力和特定的腐蚀介质共同作用下引起的破裂。
37 点腐蚀：腐蚀集中在金属表面某些活性点上并向金属内扩散的腐蚀形式。
38 均匀腐蚀：腐蚀反应随机地发生在整个金属表面上，随腐蚀过程的进行，金属材料或制
品会变质。
39 单体：能形成聚大分子主链完全由碳原子组成合体的单一分子。
40 碳链高聚物：聚合物主链完全由碳原子组成
41 接枝：指大分子链上通过化学键结合适当的支链或功能性侧基的反应。
42 交联：线型或支链型高分子链间以共价键连接成网状或体形高分子的过程。
43 老化：指高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由于受内外因素的综合作用，其性能
逐渐变坏，以致最后丧失使用价值的现象。
44 功能高分子材料：指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材
料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、
生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料.
二 简答题
1 材料的发展可分为哪几代？
答：1 天然材料 2 烧炼材料 3 合成材料 4 设计型材料 5 智能材料。
2 按化学分类，材料可分为哪几类？
答：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、及由此三类材料相互组合而成的复合材料。
3 材料化学学科的内容包括？
答：1 采用新技术和工艺方法制备新材料 2 材料组成和微观结构的表征 3 材料性能测试。
4 按固体材料质点的聚体状态，即原子在空间排列是否长程有序，可分为哪几类？
晶体和非晶体
5 晶体具有哪些共同的基本性质？自限性 均匀性 各向异性 对称性 稳定性
6 晶体结构，基元和空间点阵的关系可以表示为？ 点阵+基元=晶体结构
7 布拉菲空间点阵有多少种？晶系有几大类？
答：布拉菲点阵共有 14 种 ，有立方、六方、三方、四方、正交、单斜、三斜等 7 类晶系 。
8 晶体的宏观对称性操作包括哪些？ 旋转，反映，倒反，旋转倒反。
9 晶体缺陷可以分为哪几类？ 点缺陷，线缺陷，面缺陷，体缺陷。
10 非晶材料的几何特征是？
答：非晶态材料是一种无序的结构，其原子排列不再具有长程有序性。对非晶态半导体而
言，除了在结构上无序外，还在组分上的无序性。
11 固溶体分为哪几类？
答：按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换型和间隙型固溶体；按固溶度来分类：可
分为有限固溶体和无限固溶体。
12 最常见的多相合金结构是？以一种固溶体为基体，并在其上分布着第二相。
13 合金的相结构有哪些类别？ 固溶体和金属化合物
14 化学法制备晶体材料有哪几种具有方法？ 前身物法，局部氧化还原法，局部离子交换法。
15 非晶态材料的制备中，最根本的条件就是？
答：要有足够的冷却速率，并冷却到材料再结晶温度以下。
16 自蔓燃合成法是利用什么来引发化学反应的传播并进而合成化合物的？
答：利用两种以上物质的生成热，通过连续燃烧来合成化合物。
17 超耐热合金的主要类别有？1 铁基超耐热合金 2 镍基超耐热合金 3 钴基超耐热合金
18 什么叫形状记忆合金和形状记忆效应？
答：材料再某一温度下受外力变形，当外力去除后，仍然保持其变形后的形状，但当温度
升高到某数值，材料会自动恢复到变形前得原有形状，似乎对以前的形状保持记忆，这种材
料称为形状记忆合金。一种由晶体相变所产生的马氏体相固加热而逆转变为原来的奥氏体相
变时发生的现象。
19 简述形状记忆合金有哪些方面的应用？
答：航天和军事工业方面的应用，工程方面的应用，医疗方面的应用，形状记忆式热发动机
20 贮氢合金的贮氢原理是？
答:材料中一个金属原子能与两个，三个甚至更多的氢原子结合，生成稳定的金属氢化物，
同时释放出热量。当将其稍稍加热，氢化物又会发生分解，将吸收的氢释放出来，同时吸收
热量。
21 电子导电的半导体称为？ n 型（电子型）半导体
22 空穴导电的半导体称为？ P 型（空穴型）半导体
23 何为 III-V 族化合物半导体？
答：利用不同的第 III 族元素，如 Ga,Al,In,与不同的第 V 族元素，如 P,As,Sb,可以组合成不
同的半导体材料。
24 特种陶瓷特在哪里？
答:1 原来全部是在原子，分子水平上分离，精制的高纯度，超微细粉体。2 产品通过结构
设计，精确的化学计量，合适的成型工艺与先进的烧结技术加工制得。3 产品具有完全可控
制的显微结构，以达到特定的性能及符合要求的尺度精度。
25 特种陶瓷的制造工艺大致是？ 原料粉体的制备—成型—烧结—加工—成品
26 氧化物陶瓷主要有？ 1 氧化铝陶瓷 2 氧化锆陶瓷
27 非氧化物陶瓷主要有？ 1 氮化物陶瓷 2 碳化物陶瓷
28 功能陶瓷的品种有？1 电子陶瓷 2 光学陶瓷 3 磁性陶瓷 4 生物陶瓷
29 超导材料预计将在哪些方面得到重要应用？
答：1 超导电机 2 超导输电 3 磁力悬浮列车 4 军事方面 5 现代医学诊断方面
30 我们可以把腐蚀看成是什么逆过程？ 冶炼
31 腐蚀速度有哪几种表示方法？ 1 均匀腐蚀速率 2 腐蚀深度 3 电化学腐蚀速率
32 根据构成电池的电极大小，腐蚀电池可分为哪两类？ 宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池
33 电化学腐蚀有哪些特点？
答 ：1 被腐蚀的金属与周围导电介质接触，且其界面被充电 2 在介质的作用下金属成为阳
极，被氧化为较高价态，并以离子形式转入介质中 3 介质中的某种成分作为去极化剂，在
阴极上还原为较低价态，并吸收金属中多余的电子 4 在阴极和阳极之间形成回路，使电荷
能通过介质和受侵蚀的金属面迁移。
34 极化现象的本质是什么？ 由于电极过程受到阻滞而使物质的迁移落后于电荷的迁移
35 极化有哪几种类型？ 活化极化，浓差极化，电阻极化
36 金属的腐蚀形态有哪些？ 均匀腐蚀，电偶腐蚀，孔蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，选择性
腐蚀，应力腐蚀破裂，氢损伤
37 试写出低碳钢在高温高压下的氢气氛围中的脱碳反应。
2Fe3C+O2=6Fe+2CO Fe3C+2H2=3Fe+CH4
Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2 Fe3C+CO2=3Fe+2CO
38 缝隙腐蚀的定义是？
答：当金属表面存在异物或因结构的原因形成缝隙时，在介质中会因缝隙内的介质处于滞
留状态而引起金属的腐蚀。
39 高分子结构的特点是？ 呈链式结构，具有柔性，多分散性
40 按分子结构，高聚物可分为？ 碳链、杂链和元素有机三类
41 举例说明什么是单体、齐聚物、共聚物？
单体：能形成聚大分子主链完全由碳原子组成合体的单一分子 如 乙烯
齐聚物：分子量在 1500 以下和分子长度不超过 5 纳米的聚合物 如环氧树脂
共聚物：由两种或两种以上不同单体经聚合反应而得的聚合物 如丁苯橡胶
三 论述题
1 试论述材料化学的定义和内涵。
答：材料化学是研究材料的制备，组成，结构，性质及其应用的一门科学。材料科学的深
入发展，为科学研究开辟了一个新的研究领域，促进了作为应用化学前沿领域的材料化学的
形成；而高技术产业及国防建设对新材料的要求，为材料化学的发展提供了新的机遇。
2 晶体的对称性有哪些内容？
答：晶体的理想外形和晶体的内部结构以及晶体的物理化学性质都有特有的对称性。晶体
的对称性是由于晶体的内部质点作有规则排列造成的。根据空间点阵规律，在任一晶体结构
的任一行列方向上，总是存在着一系列为数无限的做周期性重复排列的等同点，这部分就表
现出一种对称性。晶体外部形态的对称性是宏观对称；晶体内部也具有对称性，是微观对称。
3 试论述制备无机非金属材料的化学气相沉积法（CVD 法）的定义和优点。
答：定义：利用气态物质在一固体表面进行化学反应，生成的固体产物沉积于衬底上的制
备方法。 优点:1 它能制备几乎任何几何形态的固体材料 2 产物的形成不受动力学因素和
扩散的制约，可以在相对低的温度下进行固体合成 3 产物的均匀程度和化学计量容易控制 4
能实现掺杂浓度的控制
4 超微粒子的湿法化学合成主要有哪些具体方法？
答：1 化学沉淀法 2 水解反应法 3 溶胶-凝胶法
5 对贮氢金属的贮氢能力，供实用的金属材料必须具备什么性能？
答：1 单位质量和单位体积的贮氢能尽可能地多，吸氢操作温度，压力要求不高，易于实
施，设备简单 2 氢化物生成热少，具有适于常温使用的氢的平衡分解压力，而且可根据需
要能容易得释放出氢 3 可供反复使用，历经吸氢释氢的往复循环，其性能维持不变，也不
致因受工业氢气燃料中所含杂质的污染而使吸氢释氢性能下降 4 合金造价低廉，稳定，轻
质，便于贮运
6 作图简要说明提拉法生长成单晶硅的过程。
答：
首先将待生长的晶体的原料放在耐高温的坩埚中加热熔化，调整炉内温度场，使熔体上部
处于过冷状态；然后在籽晶杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔体表面，待籽晶表面稍熔后，
提拉并转动籽晶杆，使熔体处于过冷状态而结晶于籽晶上，在不断提拉和旋转过程中，生长
出圆柱状晶体。
7 较全面描述特种陶瓷的制造工艺。
答：1 粉体制备 制造的方法分两大类：一是机械粉碎法；二是物理化学法 特种陶瓷粉
体的合成方法有固相合成法，液相合成法和气相合成法 2 成型制备技术 主要采取下面
五种粉体成型工艺 （1）模压成型 （2）等静压成型 （3）挤压成型 （4)注浆成型 （5）
热压铸成型 3 烧结 常见方法有：（1）热压烧结（2）反应热压烧结（3）热等静压烧结
（4）反应烧结法（5）化学气相沉积法 4 成品
8 功能陶瓷有哪些功能？
答：电绝缘性，半导体性，导电性，压电性，铁电性，磁性，生物适应性，化学吸附性等
9 描述 YBCO 高 Tc 氧化物的制备。
答：取 Y：B：Cu=1：2：3（原子比）的高纯氧化钇，碳酸钡和氧化亚铜，在玛瑙研钵中
充分共磨致细，然后于模子中压结，置于刚玉坩埚，在通纯氧的管状炉中煅烧，就可以得
到 Tc=85-91K 的黑色超导材料。
10 化合物半导体有哪些类别？
答：1 砷化镓单晶的特性和应用 2 III-V 族化合物半导体 3 超晶格半导体材料
11 叙述非氧化物陶瓷的类别、性质、制备及应用情况？
12 简要画出超导状态的 T-H-J 临界面。
13 何为电极极化？并画出极化曲线图。
答：电极电势偏离了平衡电势。
14 试论述黄铜脱锌过程。
15 试论述金属高温氧化的热力学基础。
16 试论述金属高温氧化的膜成长规律。
17 合成制备高分子的方法有哪些？
18 高分子功能材料设计的主要途径是？
