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无机材料物理性能( 关振铎,清华大学出版社)考试复习题(巅峰之作,无与伦比),(第一次修订)

无机材料物理性能考试复习题（含答案）

一、名词解释（选做5个，每个3分，共15分）

1. K IC ：平面应变断裂韧度，表示材料在平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力。

2.偶极子（电偶极子）：正负电荷的平均中心不相重合的带电系统。

3.电偶极矩：偶极子的电荷量与位移矢量的乘积，ql =μ。（P288）

4.格波：原子热振动的一种描述。从整体上看，处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波。格波的一个特点是，其传播介质并非连续介质，而是由原子、离子等形成的晶格，即晶格的振动模。晶格具有周期性，因而，晶格的振动模具有波的形式。格波和一般连续介质波有共同的波的特性，但也有它不同的特点。

5.光频支：格波中频率很高的振动波，质点间的相位差很大，邻近的质点运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。（P109）

6.声频支：如果振动着的质点中包含频率很低的格波，质点之间的相位差不大，则格波类似于弹性体中的应变波，称为“.声频支振动”。（P109）

7.色散：材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为折射率的

色散。

8.光的散射：物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开，这种现象称为光的散射，向四面八方散开的光，就是散射光。与光的吸收一样，光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。

9.双折射：光进入非均匀介质时，一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线，这个现象就称为双折射。（P172）

10.本征半导体（intrinsic semiconductor)：完全不含杂质且无晶格缺陷的、导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体称为本征半导体。

11.P/N 型半导体：在半导体中掺入施主杂质，就得到N 型半导体；在半导体中掺入受主杂质，就得到P 型半导体。

12.超导体：超导材料（superconductor ），又称为超导体，指可以在特定温度以下，呈现电阻为零的导体。零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性，使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。

13. PTC ：即正温度系数效应。价控型BaTiO3半导体在居里点(正方相?立方相相变点)附近，电阻率随温度上升而发生突变，增大了3—4个数量级的现象，机理是几何半导体陶瓷晶界

上具有表面能级，此表面能级可捕获载流子，从而在两边晶粒内产生一层电子损耗层，形成

肖特基势垒，该势垒与介电常数有关，当温度高于居里点，介电常数剧减，势垒增加，电阻

率增加。

14.压电效应：不具有对称中心的晶体在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会

产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢

复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之

改变。相反，当对不具有对称中心晶体的极化方向上施加电场，晶体也会发生变形，电场去

掉后，晶体的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。

15.铁电体：具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。

16.热击穿：热击穿为固体电介质击穿的一种形式。击穿电压随温度和电压作用时间的延长

而迅速下降,这时的击穿过程与电介质中的热过程有关,称为热击穿。热击穿的本质是处于电

场中的介质，由于其中的介质损耗而产生热量，就是电势能转换为热量，当外加电压足够高

时，就可能从散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态，若发出的热量比散去的多，介质温

度将愈来愈高，直至出现永久性损坏，这就是热击穿。

17.双碱效应：指当玻璃中碱金属离子总浓度较大时(占玻璃组成25-30%)，碱金属离子总浓

度相同的情况下，含两种碱金属离子比含一种碱金属离子的玻璃电导率要小。

18.压碱效应：指含碱破璃中加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率

降低，相应的阳离子半径越大，这种效应越强。

19.漏导电流：由介质中自由的或联系弱的带电质点在电场作用下运动造成的。（P263）

20.磁畴：物体内部存在着自发磁化的小区域，称为磁畴。

21.移峰效应：全称铁电陶瓷移峰效应( ferroelectric ceramic peak shifting effect)。添加物与主

晶相形成固溶体使铁电陶瓷的特性在居里温度处出现的峰值发生移动的现象，称为移峰效

应。该添加物称为移峰剂。

二、填空题(选做15个空，每个1分，共15分)

1.固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。

2. 电子电导具有霍尔效应，离子电导具有电解效应，从而可以通过这两种效应检查材料中载流子的类型。

3.电导率的一般表达式为

∑

nμ

，其各参数n i、q i和μi的含义分别

是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率。

4. 离子晶体中的电导主要为离子电导。可以分为两类：固有离子电导（本征电导）和杂质

电导。在高温下本征电导特别显著，在低温下杂质电导最为显著。

5. 导电材料中载流子是离子、电子和空位。

6.复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。

7. 克劳修斯-莫索蒂方程：0

321εαεεn r r =+-，克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。（P292）

8.极化的本质是：介质内质点（原子、分子、离子）正负电荷中心的分离，从而转变为偶极子。（P288）

9．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。 10．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。

11．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 12. 对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= π。

13.设某一玻璃的光反射损失为m ，如果连续透过x 块平板玻璃，则光强为I 0的光透过后应变为：I 0?(1-m)2x 。

14. 广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。

15. 当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。

16. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 17. 复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上热膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。

18. 自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 19. 原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。

19.超导体的3个临界条件分别是：临界转变温度Tc 、临界磁场强度Hc 、临界电流密度Jc 。

20. 介质损耗的影响因素有：频率、温度、湿度。

21. PN 结的特性有：单向导电性、击穿特性、电容特性。

22. 磁性分为：抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性。（P382）

三、简答题（选做6个，每个5分，共30分）

1.为什么金属的滑移性能要优于无机非金属材料？

答：主要从金属材料的滑移系要多于无机非金属材料方面来回答。此外，金属材料中的金属键不具有饱和性和方向性，有利于位错的运动；而无机非金属材料中多为离子键或共价键（一般为两者组成的混合建），共价键具有明显的方向性，并且同号离子相互排斥，只有个别滑移系统能满足位错运动的几何条件和静电作用。

2. 为什么在常温下大多数无机非金属材料不具备明显的塑性？

答：（1）、对于单晶体的陶瓷材料而言，原则上讲可以通过滑移和孪晶实现塑性形变，但是由于陶瓷晶体多为离子键或共价键，具有明显的方向性，同号离子相斥，只有个别滑移系统能满足位错运动的几何条件和静电作用，所以单晶陶瓷材料只有少数具有简单晶体结构的晶体，如MgO、AgCl在室温下具有塑性，而其它复杂晶体结构的材料在室温下不能进行塑性变形；

（2）、陶瓷材料一般呈多晶状态，而且还存在气孔、微裂纹、玻璃相等，位错不易向周围晶体传播，更易在晶界处塞积而产生应力集中，形成裂纹引起断裂，所以陶瓷材料很难进行塑性变形；

（3）、非晶态玻璃材料，由于不存在晶体中的滑移和孪生的变形机制，其永久变形是通过分子位置的热激活交换来进行的，属于粘性流动变形机制，塑性变形需要在一定的温度下进行，所以普通的无机玻璃在室温下没有塑性。

综上所述，在常温下大多数无机非金属材料不具备明显的塑性。

3.蠕变曲线的三个阶段？

答：室温拉伸试验时，长期保持屈服极限以下的应力，试件不会产生塑性变形，也就是说应力－应变关系不会因载荷作用时间的长短而发生变化。但是，在较高温度下，特别是当温度达到材料熔点的1/3到1/2时，即使是应力在屈服极限以下，试件也会产生塑性变形，时间愈长，变形量愈大，直至断裂。这种发生在高温下的塑性变形就称为蠕变(Creep)。因此，设计高温下使用的构件时，例如与高温燃气接触的燃气轮机叶片，就不能把强度极限等作为计算许用应力的依据，而要考虑材料的蠕变强度。

高温下试件的应变量和时间关系曲线如图1所示：

这个曲线也称为蠕变曲线。可看出，蠕变可以分为三个阶段：

第一阶段（减速蠕变阶段）：蠕变速率（Δε/Δt ）随时间而呈下降趋势。

第二阶段（恒速蠕变阶段）：蠕变速率不变，即（Δε/Δt ）=常数，这一段是直线。

第三阶段（加速蠕变阶段）：蠕变速率随时间而上升，随后试样断裂。

4. 何谓双碱效应？以K2O，Li2O氧化物为例解释产生这种现象的原因。

答：双碱效应是指当玻璃中碱金属离子总浓度较大时(占玻璃组成25—30％)，碱金属离子总浓度相同的情况下，含两种碱金属离子比含一种碱金属离子的玻璃电导率要小。当两种碱金属浓度比例适当时，电导率可以降到很低。

这种现象的解释如下：K2O，Li2O氧化物中，K+和Li+占据的空间与其半径有关，因为(r K+＞r Li+)，在外电场作用下，一价金属离子移动时， Li+离子留下的空位比K+留下的空位小，这样K+只能通过本身的空位。 Li+进入体积大的K+空位中，产生应力，不稳定，因而也是进入同种离子空位较为稳定。这样互相干扰的结果使电导率大大下降。此外由于大离子K+ 不能进入小空位，使通路堵塞，妨碍小离子的运动，迁移率也降低。

5. 何谓压碱效应？解释产生这种现象的原因。

答：压碱效应是指在含碱破璃中加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低，相应的阳离子半径越大，这种效应越强。

压碱效应现象的解释：这是由于二价离子与玻璃中氧离子结合比较牢固，能嵌入玻璃网络结构，以致堵住了迁移通道，使碱金属离子移动困难，因而电导率降低。如用二价离子取代碱金属离子，也得到同样效果。

6. Griffith微裂纹理论中的裂纹扩展条件？（P43）

答：物体内存储的弹性应变能的降低大于或等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。7.不同材料热传导的区别？

答：当固体材料两端存在温度差时，热量自动地从热端传向冷端的现象称为热传导（thermal conduction ）。不同的材料在导热性能上有很大的差别。有些材料是极为优良的绝热材料，有些又会是热的良导体。

不同材料的导热机构不同。气体传递热能方式是依靠质点间的直接碰撞来传递热量。固体中的导热主要是由晶格振动的格波和自由电子的运动来实现的。金属有大量自由电子且质量轻，能迅速实现热量传递，因而主要靠自由电子传热，晶格振动是次要的，λ金属较大，在2.3~417.6 W·m -1·K -1（λ<0.22 W·m -1·K -1的材料，称隔热材料）；非金属晶体，如一般离子晶体晶格中，自由电子是很少的，因此，晶格振动是它们的主要导热机构。

8.热容的定义、两个有关晶体热容的经验定律和？（P111）

答：热容是物体温度升高1k 所需要增加的能量，其本质为晶格点阵的简谐振动。是分子热运动的能量随温度而变化的一个物理量，是反映材料从环境吸收能量的能力。

元素热容定律—杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/kmol ；化合物热容定律—柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物的各元素原子热容之和。杜隆-珀替定律在高温时与实验结果很符合；但低温下，热容不是一个恒量，随T 下降而下降，在接近绝对0度时按T 的三次方趋于0，低温下c 下降的现象需用量子理论解释。

热容影响因素：键的强度，材料的弹性模量，熔点、气孔率、温度。

9.晶态固体热容的量子理论中两个模型的假设条件及优缺点？（P114）

答：（1）爱因斯坦模型：假设条件：晶体中所有原子都以相同的频率振动，且各个振动相互独立；不足：低温与实验不符合，原因是忽略了各格波的频率差别，其假设过于简化；优点：模型简单，在高温时与经典公式一致。

（2）德拜模型：假设条件：把晶格近似为连续介质，晶格振动的频率在0~ωmax 连续分布，低温下热容与温度三次方(T 3)成正比；不足：解释不了超导现象；优点：当T →0时，和实际结果很符合；

10.光吸收的本质及符合的规律？（P178）

答：本质：光作为一种能量流，在穿过介质时，引起介质的价电子跃迁，或使原子振动而消耗能量。此外，介质中的价电子吸收光子能量而激发，当尚未退激而发出光子时，在运动中与其它分子碰撞，电子的能量转变为分子的动能亦即热能，从而构成光能的衰减。

规律：光强度随厚度的变化符合指数衰减规律（朗伯特定律），即：x e I I α-=0。

11. 简述位移极化和松驰极化的特点。

答：位移式极化是一种弹性的、瞬时完成的极化，不消耗能量；松弛极化与热运动有关，完

成这种极化需要一定的时间，并且是非弹性的，因而消耗一定的能量。

12. 有关介质损耗描述的方法有哪些？其本质是否一致？

答：损耗角正切、损耗因子、损耗角正切倒数、损耗功率、等效电导率、复介电常数的复项。多种方法对材料来说都涉及同一现象。即实际电介质的电流位相滞后理想电介质的电流位相。因此它们的本质是一致的。

13.什么是霍尔效应，它有什么应用？

答：如下图，若在X方向通以电流，在z方向上加以磁场，则在Y方向电极两侧开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场，此现象称为霍尔效应。

应用：利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导。

14.铁磁性和铁电性的本质区别？

答：（1）铁电性由离子位移引起，铁磁性由原子取向引起；

（2）铁电性在非对称的晶体中发生，铁磁性发生在次价电子的非平衡自旋中；

（3）铁电体的居里点是由于晶体相变引起，铁磁性的居里点是原子的无规则振动破坏了原子间的“交换”作用，从而使自发磁化消失引起的。

四、论述题（选做2个，每个10分，共20分）

1.用固体能带理论说明什么是导体、半导体、绝缘体，并予以图示。（P234）

答：根据能带理论，晶体中并非所有电子，也并非所有的价电子都参与导电，只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。从下图可以看出，导体中导带和价带之间没有禁区，电子进入导带不需要能量，因而导电电子的浓度很大。在绝缘体中价带和导带隔着一个宽的禁带E g，电子由价带到导带需要外界供给能量，使电子激发，实现电子由价带到导带的跃迁，因而通常导带中导电电子浓度很小。

半导体和绝缘体有相类似的能带结构，只是半导体的禁带较窄(E g小)，电子跃迁比较容易。

2. 结合图形描述电击穿的过程。

答：

如上图（晶格温度T为定值）所示：A:单位时间内这些电子取得的能量；B:单位时间内传导电子失去的能量；E:电场强度；W:电子本身能量。

1)当外加电场E2 > Ec时

一部分传导电子的能量处于W2～Wc 之间，单位时间内这些电子取得的能量A始终大于失去的能量B，电子被加速，碰撞晶格时产生电离，使处于导带的电子不断增加，电流急剧上升，最终导致固体电介质击穿。

2)当外加电场E1 < Ec 时，

偶尓会有能量大于W1 的电子出现，此时因A > B而使晶格发生碰撞电离、产生新的传导电子；但因电子能量大于W1 的概率很低,所以传导电子不断增多的过程很难出现，固

体电介质不会击穿。

3.论述电击穿的两个理论和它们的区别？

答：A ）本征电击穿理论：

当电场上升到使平衡破坏时，碰撞电离过程便立即发生。把这一起始场强作为介质电击穿场强的理论即为本征击穿理论.。多发生在温度较低、电压作用时间较短时，纯净、均匀固体电介质中。

B ）“雪崩”电击穿理论：

“雪崩”电击穿理论以碰撞电离后自由电子数倍增到一定数值（足以破坏介质绝缘状态）作为电击穿判据。Seitz 提出以电子“崩”传递给介质的能量足以破坏介质晶体结构作为击穿判据。

“雪崩”电击穿和本征电击穿在理论上有明显的区别：本征击穿理论中增加导电电子是继稳态破坏后突然发生的，而“雪崩”击穿是考虑到高场强时，导电电子倍增过程逐渐达到难以忍受的程度，最终介质晶格破坏。

五、计算题（选做2个，每个10分，共20分）

1.一陶瓷零件上有一垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：（1）2mm ；(2)0.049mm ；(3)2μm ；分别求上述三种情况下的临界应力。设此材料的断裂韧性为1.62MPa.m 1/2。讨论诸结果。解：c Y K I σ= Y=1.12π=1.98

c K I

98.1=σ=2/1818.0-c (1)c=2mm, MPa c 25.18102/818.03=?=-σ (2)c=0.049mm,

MPa c 58.11610049.0/818.03=?=-σ c=2um, MPa c 04.577102/818.06=?=-σ

显然，随着边裂纹长度c 的减小，临界应力变大。

2.康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/( cm ﹒s ﹒℃)；α=4.6×10-6/℃；

σf=70MPa ，E=67GPa ，μ=0.25。求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。

解：第一冲击断裂抵抗因子：E

R f αμσ)1(-= =Pa

Pa 9661067℃/106.4)25.01(1070???-??- =170℃ 第二冲击断裂抵抗因子：E

R f αμλσ)1(-=' =170×0.021=3.57 J/(cm ﹒s)

3.一截面为0.6cm 2，长为1cm 的n 型GaAs 样品，设)/(

80002s V cm n ?=μ，cm n 1510=-3，试求该样品的电阻。

由于笔者水平有限，如有错误之处，还望批评指正！ Ω=?Ω=?=∴?Ω=????===--3.16.01.781.0781.0)/(8000106.110111解：2219315cm

cm cm S l R cm S V cm c cm ne n ρμσρ

材料物理性能思考题.

材料物理性能思考题第一章：材料电学性能 1如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？ 2 经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？ 3 自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为？ 4 根据自由电子近似下的量子导电理论解释：准连续能级、能级的简并状态、简并度、能态密度、k空间、等幅平面波和能级密度函数。 5 自由电子近似下的等能面为什么是球面？倒易空间的倒易节点数与不含自旋的能态数是何关系？为什么自由电子的波矢量是一个倒易矢量？ 6 自由电子在允许能级的分布遵循何种分布规律？何为费米面和费米能级？何为有效电子？价电子与有效电子有何关系？如何根据价电子浓度确定原子的费米半径？ 7 自由电子的平均能量与温度有何种关系？温度如何影响费米能级？根据自由电子近似下的量子导电理论，试分析温度如何影响材料的导电性。 8 自由电子近似下的量子导电理论与经典导电理论在欧姆定律的微观解释方面有何异同点？

9 何为能带理论？它与近自由电子近似和紧束缚近似下的量子导电理论有何关系？ 10 孤立原子相互靠近时，为什么会发生能级分裂和形成能带？禁带的形成规律是什么？何为材料的能带结构？ 11 在布里渊区的界面附近，费米面和能级密度函数有何变化规律？哪些条件下会发生禁带重叠或禁带消失现象？试分析禁带的产生原因。 12 在能带理论中，自由电子的能量和运动行为与自由电子近似下有何不同？ 13 自由电子的能态或能量与其运动速度和加速度有何关系？何为电子的有效质量？其物理本质是什么？ 14 试分析、阐述导体、半导体（本征、掺杂）和绝缘体的能带结构特点。 15 能带论对欧姆定律的微观解释与自由电子近似下的量子导电理论有何异同点？ 16 解释原胞、基矢、基元和布里渊区的含义

材料物理性能期末复习题

期末复习题一、填空（20） 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。．当磁化强度M为负值时，固体表现为抗磁性。8．电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。 9．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 10．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。11．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I 12．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子。 13．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。 14．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 15.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。16．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 17．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 18．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 19．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 20．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 21. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 22.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。 23.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 24.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 25.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。二、名词解释(20) 自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。

无机材料物理性能习题解答

这有答案，大家尽量出有答案的题材料物理性能习题与解答吴其胜盐城工学院材料工程学院 2007，3

目录 1 材料的力学性能 (2) 2 材料的热学性能 (12) 3 材料的光学性能 (17) 4 材料的电导性能 (20) 5 材料的磁学性能 (29) 6 材料的功能转换性能 (37)

1材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。解：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米? 解：拉伸前后圆杆相关参数表 ) (0114.010 5.310101401000940000cm E A l F l E l l =?????=??= ?=?=?-σ ε0816.04.25 .2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变) (91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .0100=-=?=A A l l ε名义应变) (99510 524.44500 6 MPa A F T =?= = -σ真应力

1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。解：根据可知： 1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。证： 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： )21(3)1(2μμ-=+=B G E ) (130)(103.1)35.01(210 5.3) 1(28 8 MPa Pa E G ≈?=+?= += μ剪切模量) (390)(109.3) 7.01(310 5.3) 21(38 8 MPa Pa E B ≈?=-?= -=μ体积模量. ,. ,112 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 S W VS d V ld A Fdl W W S W V Fdl V l dl A F d S l l l l l l ∝=== = ∝= = = =??? ? ? ?亦即做功或者：亦即面积εε εε εε εσεσεσ) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量 ) (1.323)84 05.038095.0()(11 2211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量 ). 1()()(0)0() 1)(()1()(1 //0 ----= = ∞=-∞=-= e e e E t t t στεσεεεσετ τ ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为

无机材料物理性能习题库

2、材料的热学性能 2-1 计算室温（298K ）及高温（1273K ）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。（1）当T=298K ，Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96 10-3298-26.68 105/2982 =87.55+4.46-30.04 =61.97 4.18 J/mol K=259.0346 J/mol K （2）当T=1273K ，Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96 10-31273-26.68 105/12732 =87.55+19.04-1.65 =104.94 4.18 J/mol K=438.65 J/mol K 据杜隆-珀替定律：(3Al 2O 32SiO 4) Cp=21*24.94=523.74 J/mol K 2-2 康宁玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm s ℃); α=4.610?6/℃;σp =7.0Kg/mm 2，E=6700Kg/mm 2，μ=0.25。求其第一及第二热冲击断裂抵抗因子。第一冲击断裂抵抗因子：E R f αμσ)1(-==666 79.8100.75 4.61067009.810-???????=170℃ 第二冲击断裂抵抗因子：E R f αμλσ) 1(-= '=1700.021=3.57 J/(cm s) 2-3 一陶瓷件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J/(cm s ℃)，最大厚度=120mm 。如果表面热传递系数h=0.05 J/(cm 2s ℃)，假定形状因子S=1，估算可安全应用的热冲击最大允许温差。 h r S R T m m 31.01? '=?=226*0.18405 .0*6*31.01 =447℃ 2-4、系统自由能的增加量TS E F -?=?，又有! ln ln ()!! N N N n n =-，若在肖特基缺定律所得的计算值。趋近按，可见，随着温度的升高Petit Dulong C m P -,

无机材料物理性能试题

无机材料物理性能试题及答案

无机材料物理性能试题及答案一、填空题（每题2分，共36分） 1、电子电导时，载流子的主要散射机构有中性杂质的散射、位错散射、电离杂质的散射、晶格振动的散射。 2、无机材料的热容与材料结构的关系不大，CaO和SiO2的混合物与CaSiO3 的热容-温度曲线基本一致。 3、离子晶体中的电导主要为离子电导。可以分为两类：固有离子电导（本征电导）和杂质电导。在高温下本征电导特别显著，在低温下杂质电导最为显著。 4、固体材料质点间结合力越强，热膨胀系数越小。 5、电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。电子电导为主的陶瓷材料，因电子迁移率很高，所以不存在空间电荷和吸收电流现象。 6、导电材料中载流子是离子、电子和空位。 7. 电子电导具有霍尔效应，离子电导具有电解效应，从而可以通过这两种效应检查材料中载流子的类型。 8. 非晶体的导热率（不考虑光子导热的贡献）在所有温度下都比晶体的小。在高温下，二者的导热率比较接近。 9. 固体材料的热膨胀的本质为：点阵结构中的质点间平均距离随着温度升高而增大。 10. 电导率的一般表达式为 ∑ = ∑ = i i i i i q nμ σ σ 。其各参数n i、q i和μi的含义分别是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率。 11. 晶体结构愈复杂，晶格振动的非线性程度愈大。格波受到的散射大，因此声子的平均自由程小，热导率低。 12、波矢和频率之间的关系为色散关系。 13、对于热射线高度透明的材料，它们的光子传导效应较大，但是在有微小气孔存在时，由于气孔与固体间折射率有很大的差异，使这些微气孔形成了散射中心，导致透明度强烈降低。 14、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1～3数量级，其原因是前者有微量的气孔存在，从而显著地降低射线的传播，导致光子自由程显著减小。 15、当光照射到光滑材料表面时，发生镜面反射；当光照射到粗糙的材料表面时，发生漫反射。 16、作为乳浊剂必须满足：具有与基体显著不同的折射率，能够形成小颗粒。用高反射率，厚釉层和高的散射系数，可以得到良好的乳浊效果。 17、材料的折射随着入射光的频率的减少（或波长的增加）而减少的性质，称为折射率的色散。

无机材料物理性能题库(2)综述

名词解释 1.应变：用来描述物体内部各质点之间的相对位移。 2.弹性模量：表征材料抵抗变形的能力。 3.剪切应变：物体内部一体积元上的二个面元之间的夹角变化。 4.滑移：晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动，就叫滑移. 5.屈服应力：当外力超过物理弹性极限，达到某一点后，在外力几乎不增加的情况下，变形骤然加快，此点为屈服点，达到屈服点的应力叫屈服应力。 6.塑性：使固体产生变形的力，在超过该固体的屈服应力后，出现能使该固体长期保持其变形后的形状或尺寸，即非可逆性。 7.塑性形变：在超过材料的屈服应力作用下，产生变形，外力移去后不能恢复的形变。 8.粘弹性：一些非晶体和多晶体在比较小的应力时,可以同时变现出弹性和粘性，称为粘弹性. 9.滞弹性：弹性行为与时间有关，表征材料的形变在应力移去后能够恢复但不能立即恢复的能力。 10.弛豫:施加恒定应变，则应力将随时间而减小，弹性模量也随时间而降低。 11.蠕变——当对粘弹性体施加恒定应力，其应变随时间而增加，弹性模量也随时间而减小。 12.应力场强度因子：反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量称为应力强度因子。它和裂纹尺寸、构件几何特征以及载荷有关。 13.断裂韧性：反映材料抗断性能的参数。 14.冲击韧性：指材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。 15.亚临界裂纹扩展：在低于材料断裂韧性的外加应力场强度作用下所发生的裂纹缓慢扩展称为亚临界裂纹扩展。 16.裂纹偏转增韧：在扩展裂纹剪短应力场中的增强体会导致裂纹发生偏转，从而干扰应力场，导致机体的应力强度降低，起到阻碍裂纹扩展的作用。 17.弥散增韧：在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料达到增韧的效果，称为弥散增韧。 18.相变增韧：利用多晶多相陶瓷中某些相成份在不同温度的相变，从而达到增韧的效果，称为相变增韧。 19.热容：分子热运动的能量随着温度而变化的一个物理量，定义为物体温度升高1K所需要的能量。 20.比热容：将1g质量的物体温度升高1K所需要增加的热量，简称比热。 21.热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。热传导：当固体材料一端的温度笔另一端高时，热量会从热端自动地传向冷端。22.热导率：在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1平方米的平行平面，若两个平面的温度相差1K，则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率。 23.热稳定性:指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，又称为抗热震性。 24.抗热冲击断裂性：材料抵抗温度急剧变化时瞬时断裂的性能。 25.抗热冲击损伤性：材料抵抗热冲击循环作用下缓慢破坏的性能。 26.热应力：材料热膨胀或收缩引起的内应力。 27.声频支振动：振动的质点中包含频率甚低的格波时，质点彼此间的位相差不

材料物理性能复习思考题汇总

材料物理性能复习思考题汇总第一章绪论及材料力学性能一．名词解释与比较名义应力:材料受力前面积为A,则δ。=F/A,称为名义应力工程应力：材料受力后面积为A。，则δT =F/A。，称为工程应力拉伸应变：材料受到垂直于截面积方向大小相等，方向相反并作用在同一条直线上的两个拉伸应力时发生的形变。剪切应变：材料受到平行于截面积大小相等，方向相反的两个剪切应力时发生的形变。结构材料：以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料功能材料：具有除力学性能以外的其他物理性能的材料。晶须：无缺陷的单晶材料弹性模量：材料发生单位应变时的应力刚性模量：反映材料抵抗切应变的能力泊松比：反映材料横向正应变与受力方向线应变的比值。（横向收缩率与轴向收缩率的比值）形状因子：塑性变形过程中与变形体尺寸，工模具尺寸及变形量相关参数。平面应变断裂韧性：一个考虑了裂纹尺寸并表征材料特征的常数弹性蠕变：对于金属这样的实际弹性体，当对它施加一定的应力时，它除了产生一个瞬时应变以外，还会产生一个随时间而变化的附加应变（或称为弛豫应变），这一现象称为弹性蠕变。蠕变：在恒定的应力δ作用下材料的应变随时间增加而逐渐增大的现象材料的疲劳：裂纹在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展。应力腐蚀理论：在一定环境温度和应力场强度因子作用下，材料中关键裂纹尖端处，裂纹扩展动力与裂纹扩展阻力的比较，构成裂纹开裂和止裂的条件。滑移系统：滑移面族和滑移方向为滑移系统相变增韧：利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同温度的相变，从而增韧的效果，统称相变增韧弥散强化：在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料，达到增韧效果，这称为弥散增韧屈服强度：屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力法向应力：导致材料伸长或缩短的应力切向应力：引起材料切向畸变的应力应力集中：受力构件由于外界因素或自身因素导致几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。

材料无机材料物理性能考试及答案

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无机材料物理性能试卷一．填空（１×２０＝２０分） 1．CsCl结构中，Ｃs+与Cl-分别构成＿＿＿＿格子。２．影响黏度的因素有＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿. ３.影响蠕变的因素有温度、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿. ４．在＿＿＿＿、＿＿＿＿的情况下，室温时绝缘体转化为半导体。５．一般材料的＿＿＿＿远大于＿＿＿＿。６．裂纹尖端出高度的＿＿＿＿导致了较大的裂纹扩展力。７．多组分玻璃中的介质损耗主要包括三个部分：＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿。８．介电常数显著变化是在＿＿＿＿处。９．裂纹有三种扩展方式：＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。１０．电子电导的特征是具有＿＿＿＿。二.名词解释（4×4分=16分） 1.电解效应 2.热膨胀 3.塑性形变 4.磁畴三.问答题（3×8分=24分） 1.简述晶体的结合类型和主要特征： 2.什么叫晶体的热缺陷？有几种类型？写出其浓度表达式?晶体中离子电导分为哪几类？ 3.无机材料的蠕变曲线分为哪几个阶段，分析各阶段的特点。 4.下图为氧化铝单晶的热导率与温度的关系图，试解释图像先增后减的原因。四，计算题（共20分） 1.求熔融石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm，弹性模量值从60 到75GPa。（10分） 2.康宁1273玻璃(硅酸铝玻璃)具有下列性能参数： =0.021J/(cm ·s ·℃)；a=4.6×10-6℃-1；σp=7.0kg/mm2，

材料物理性能课后习题答案

材料物理性能习题与解答

目录 1 材料的力学性能 (2) 2 材料的热学性能 (12) 3 材料的光学性能 (17) 4 材料的电导性能 (20) 5 材料的磁学性能 (29) 6 材料的功能转换性能 (37)

1材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。解：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm，受到应力为1000N拉力，其氏模量为3.5×109 N/m2，能伸长多少厘米? 解：拉伸前后圆杆相关参数表 ) ( 0114 .0 10 5.3 10 10 1 40 1000 9 4 0cm E A l F l E l l= ? ? ? ? ? = ? ? = ? = ? = ? - σ ε 10 909 .4 0? 0851 .0 1 = - = ? = A A l l ε 名义应变

1-3一材料在室温时的氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。解：根据可知： 1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。证： 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： )21(3)1(2μμ-=+=B G E ) (130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPa Pa E G ≈?=+?=+=μ剪切模量) (390)(109.3) 7.01(3105.3)21(388 MPa Pa E B ≈?=-?=-=μ体积模量. ,.,1 1 2 1 212 12 1 2 1 21 S W VS d V ld A Fdl W W S W V Fdl V l dl A F d S l l l l l l ∝====∝= ===???? ? ?亦即做功或者：亦即面积εεεεεεεσεσεσ)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量). 1()()(0)0() 1)(()1()(10 //0 ----= = ∞=-∞=-=e e e E t t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为

材料物理性能-复习资料

第二章材料的热学性能热容：热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。不同温度下，物体的热容不一定相同，所以在温度T时物体的热容为：物理意义：吸收的热量用来使点阵振动能量升高，改变点阵运动状态，或者还有可能产生对外做功；或加剧电子运动。晶态固体热容的经验定律：一是元素的热容定律—杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/（K?mol）；二是化合物的热容定律—奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。热差分析：是在程序控制温度下，将被测材料与参比物在相同条件下加热或冷却，测量试样与参比物之间温差(ΔT)随温度(T)时间(t)的变化关系。参比物要求：应为热惰性物质，即在整个测试的温度范围内它本身不发生分解、相变、破坏，也不与被测物质产生化学反应同时参比物的比热容，热传导系数等应尽量与试样接近。第三章材料的光学性能四、选择吸收：同一物质对各种波长的光吸收程度不一样，有的波长的光吸收系数可以非常大，而对另一波长的吸收系数又可以非常小。均匀吸收：介质在可见光范围对各种波长的吸收程度相同。金属材料、半导体、电介质产生吸收峰的原因（1）金属对光能吸收很强烈，这是因为金属的价电子处于未满带，吸收光子后即呈激发态，用不着跃迁到导带即能发生碰撞而发热。（2）半导体的禁带比较窄，吸收可见光的能量就足以跃迁。（3）电介质的禁带宽，可见光的能量不足以使它跃迁，所以可见光区没有吸收峰。紫外光区能量高于禁带宽度，可以使电介质发生跃迁，从而出现吸收峰。电介质在红外区也有一个吸收峰，这是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。第六章材料的磁学性能一、固有磁矩产生的原因原子固有磁矩由电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成，电子绕原子核运动，产生轨道磁矩；电子的自旋也产生自旋磁矩。当电子层的各个轨道电子都排满时，其电子磁矩相互抵消，这个电子层的磁矩总和为零。原子中如果有未被填满的电子壳层，其电子的自旋磁矩未被抵消(方向相反的电子自旋磁矩可以互相抵消)，原子就具有“永久磁矩”。二、抗磁性与顺磁性抗磁性：轨道运动的电子在外磁场作用下产生附加的且与外磁场反向的磁矩。产生原因：外加磁场作用下电子绕核运动所感应的附加磁矩造成的。顺磁性：材科的顺磁性来源于原子的固有磁矩。产生原因：因为存在未填满的电子层，原子存在固有磁矩，当加上外磁场时，为了降低静磁能，原子磁矩要转向外磁场方向，结果使总磁矩不为零而表现出磁性。三、强顺磁性：过渡族金属在高温都属于顺磁体，这些金属的顺磁性主要是由于3d, 4d, 5d电子壳层未填满，而d和f态电子未抵消的磁矩形成晶体离子构架的固有磁矩，因此产生强烈的顺磁性。四、磁化曲线、磁滞回线

无机材料物理性能课后习题答案

《材料物理性能》第一章材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。解：由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=,V 2=。则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=代入经验计算公式E=E 0+可得，其上、下限弹性模量分别变为 GPa 和 GPa 。 1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ，若其临界抗剪强度 τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。 0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.445006MPa A F T =?== -σ真应力)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量

《材料物理性能》课后习题答案

1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。解：由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： ) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量 ) (1.323)84 05.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量 ). 1()()(0)0() 1)(()1()(1 //0 ----= = ∞=-∞=-=e E E e e E t t t στεσεεεσετ τ ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为1.0 1.0 0816.04.25 .2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变)(91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .0100 =-=?=A A l l ε名义应变)(99510 524.445006MPa A F T =?==-σ真应力

材料物理性能考试重点、复习题电子教案

材料物理性能考试重点、复习题

精品资料 1.格波：在晶格中存在着角频率为ω的平面波，是晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波，或某一个原子在平衡附近的振动以波的形式在晶体中传播形成的波 2.色散关系：频率和波矢的关系 3.声子：晶格振动中的独立简谐振子的能量量子 4.热容：是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K 所需要增加的能量。 5.两个关于晶体热容的经验定律：一是元素的热容定律----杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/(K*mol);另一个是化合物的热容定律-----奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。 6.热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀 7.固体材料热膨胀机理：材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果，而原子间距是指晶格结点上原子振动的平衡位置间的距离。材料温度一定时，原子虽然振动，但它平衡位置保持不变，材料就不会因温度升高而发生膨胀；而温度升高时，会导致原子间距增大。 8.温度对热导率的影响：在温度不太高时，材料中主要以声子热导为主,决定热导率的因素有材料的热容C、声子的平均速度V和声子的平均自由程L,其中v通常可以看作常数,只有在温度较高时,介质的弹性模量下降导致V减小。材料声子热容C在低温下与温度T3成正比。声子平均自由程V随温度的变化类似于气体分子运动中的情况，随温度升高而降低。实验表明在低温下L值的变化不大，其上限为晶粒的线度，下限为晶格间距。在极低温度时，声子平均自由程接近或达到其上限值—晶粒的直径；声子的热容C则与T3成正比；在此范围内光子热导可以忽略不计，因此晶体的热导率与温度的三次方成正比例关系。在较低温度时，声子的平均自由程L随温度升高而减小，声子的热容C仍与T3成正比，光子热导仍然极小，可以忽略不计，此时与L相比C对声子热导率的影响更大,因此在此范围内热导率仍然随温度升高而增大,但变化率减小。在较高温度下，声子的平均自由程L随温度升高继续减小,而声子热容C趋近于常数,材料的热导率由L随温度升高而减小决定。随着温度升高,声子的平均自由程逐渐趋近于其最小值,声子热容为常数,光子平均自由程有所增大,故此光子热导逐步提高,因此高温下热导率随温度升高而增大。一般来说,对于晶体材料，在常用温度范围内，热导率随温度的上升为下降。 9.影响热导率的因素:1）温度的影响，一般来说，晶体材料在常用温度范围内，热导率随温度的上升而下降。2）显微结构的影响。3）化学组成的影响。4）复合材料的热导率 10.热稳定性：是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，所以又称为抗热震性。 11.常用热分析方法：1）普通热分析法2）差热分析3）差示扫描量热法4）热重法 12.光折射：当光依次通过两种不同介质时，光的行进方向要发生改变，这种现象称为折射 13.光的散射：材料中如果有光学性能不均匀的结构，例如含有透明小粒子、光性能不同的晶界相、气孔或其他夹杂物，都会引起一部分光束偏离原来的传播方向而向四面八方散开来，这种现象称为光的散射。 14.吸收：光通过物质传播时，会引起物质的价电子跃迁或使原子振动，从而使光能的一部分转变为热能，导致光能的衰减的现象 15.弹性散射：光的波长（或光子能量）在散射前后不发生变化的，称为弹性散射 16.按照瑞利定律，微小粒子对波长的散射不如短波有效，在可见光的短波侧λ=400nm 处，紫光的散射强度要比长波侧λ=720nm出红光的散射强度大约大10倍 17.色散：材料的折射率随入射光的频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为材仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2

东南大学-材料物理性能复习题(2008)

材料物理性能复习题第一章 1、C v 、C p 和c 的定义。C pm 和C vm 的关系，实际测量得到的是何种量？Cvm 与温度（包括ΘD ）的关系。自由电子对金属热容的贡献。合金热容的计算。 2、哪些相变属于一级相变和二级相变？其热容等的变化有何特点？ 3、撒克斯法测量热容的原理。何谓DTA 和DSC ？DTA 测量对标样有何要求？如何根据DTA 曲线及热容变化曲线判断相变的发生及热效应（吸热或放热）？ 4、线膨胀系数和体膨胀系数的表达式及两者的关系。证明c b a v αααα++=（采用与教材不同的方法） 5、金属热膨胀的物理本质。热膨胀和热容与温度（包括ΘD ）的关系有何类似之处？为何金属熔点越高其膨胀系数越小？为何化合物和有序固溶体的膨胀系数比固溶体低？奥氏体转变为铁素体时体积的变化及机理。膨胀测量时对标样有何要求？ 6、比容的定义（单位重量的体积，为密度的倒数）。奥氏体、珠光体、马氏体和渗碳体的比容相对大小。 7、钢在共析转变时热膨胀曲线的特点及机理。如何根据冷却膨胀曲线计算转变产物的相对量？ 8、傅里叶定律和热导率、热量迁移率。导温系数的表达式及物理意义。 9、金属、半导体和绝缘体导热的物理机制。魏德曼－弗兰兹定律。 10、何谓抗热冲击断裂性和抗热冲击损伤性？热应力是如何产生的，与哪些因素有关？提高材料的抗热冲击断裂性可采取哪些措施？第二章 1、电阻、电阻率、电导率及电阻温度系数的定义及相互关系。 2、电阻的物理意义。为何温度升高、冷塑性变形和形成固溶体使金属的电阻率增加，形成有序固溶体使电阻率下降？马基申定律的表达式及各项意义。为何纯金属的电阻温度系数较其合金大？如何获得电阻温度系数很低的精密电阻合金？ 3、对层片状组织，证明教材中的关系式（2.25）和（2.26）。 4、双电桥较单电桥有何优点？用电位差计测量电阻的原理。用电阻分析法测定铝铜合金时效和固溶体的溶解度的原理。 5、何谓本征半导体？其载流子为何？证明关系式J=qnv 和ρ＝E/J （J 和E 分别为电流密度和电场强度）。 6、为何掺杂后半导体的导电性大大增强？为何有电子型和空穴型两种半导体。N 型和P 型半导体中的多子和少子。为何PN 结有单向导电性？ 7、温差电势和接触电势的物理本质，热电偶的原理。 8、何谓压电效应？电偶极矩的概念。压电性产生的机理。 9、何谓霍尔效应和霍尔系数？推导出教材中的关系式（2.83）～（2.85）。如何根据霍尔效应判断半导体中载流子是电子还是空穴？第三章 1、M 、P m 的关系。M 、H 的关系。μ0，μ，χ的概念。B 、H 的关系。磁化曲线

无机材料物理性能期末复习题

期末复习题参考答案一、填空 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。 5．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。 6．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 7．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 8．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。9．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I 10．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。 11．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。 12．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 13.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。14．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 15．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 16．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 17．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 18．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 19. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 20.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。 21.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 22.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 23.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。二、名词解释自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。滞弹性：当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。格波：处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波，格波的一个

材料物理性能部分课后习题

课后习题第一章 1.德拜热容的成功之处是什么？答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述了晶体热容，CV.M∝T的三次方 2.何为德拜温度？有什么物理意义？答：HD=hνMAX/k 德拜温度是反映晶体点阵内原子间结合力的一个物理量德拜温度反映了原子间结合力，德拜温度越高，原子间结合力越强 3.试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质答：如图，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）为不同温度时的能量，当原子热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，动能又逐渐转化为势能；到达振幅最大值时动能降为零，势能打到最大。由势能曲线的不对称可以看到，随温度升高，势能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）变化，振幅增加，振动中心就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原子间距增大，产生热膨胀

第二章 1.300K1×10-6Ω·m4000K时电阻率增加5% 由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。解：按题意:p(300k) = 10∧-6 则: p(400k) = (10∧-6)* (1+0.05) ----(1) 在400K温度下马西森法则成立，则: p(400k) = p(镍400k) + p(杂400k) ----(2) 又: p(镍400k) = p(镍300k) * [1+ α* 100] ----(3) 其中参数: α为镍的温度系数约= 0.007 ; p(镍 300k)(室温) = 7*10∧-6 Ω.cm) 将(1)和(3)代入(2)可算出杂质引起的电阻率p(杂400k)。 2.为什么金属的电阻因温度升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？对金属材料，尽管温度对有效电子数和电子平均速率几乎没有影响，然而温度升高会使离子振动加剧，热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大。这些因素都使电子运动的自由称减小，散射几率增加而导致电阻率增大而对半导体当温度升高时，满带中有少量电子有可能被激发