无机材料物理性能题库Word下载.docx

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15、在垂直入射的情况下，光在界面上的反射的多少取决于两种介质的相对折射率。

18、导电材料中载流子是离子、电子和空位。

19、金属材料电导的载流子是自由电子，而无机非金属材料电导的载流子可以是电子、电子空穴，或离子、离子空位。

20、晶体的离子电导可以分为离子固有电导／或本征电导和杂质电导两大类。

21、电子电导的特征是具有霍尔效应效应，离子电导的特征是具有电解效应。

22、晶体中热阻的主要来源是声子间碰撞引起的散射.

23、将两种不同金属联成回路，如果两接点处温度不同，在回路中会产生三种热电效应，分别为帕尔帖效应、汤姆逊效应和赛贝克效应。

24、当一根金属导线两端温度不同时，若通以电流，则在导线中除产生焦耳热外，还要产生额外的吸放热现象，这种热电现象称为汤姆逊效应。

25、如在两根不同的金属丝之间串联进另一种金属，只要串联金属两端的温度相同,则回路中产生的总热电势只与原有的两种金属的性质有关,而与串联入的中间金属无关，这称为中间金属定律。

26、电场周期破坏的来源是：

晶格热振动、杂质的引入、位错、裂缝等。

19、下两图（a）与（b）中，（a）图是n型半导体的能带结构图，（b）图是p型半导体的能带结构图。

22．在半导体材料中，载流子散射主要有两方面的原因：

电离杂质散射和晶格振动散射。

27、本征半导体硅的禁带宽度是1.14eV，它能吸收的辐射的最大波长为1087.6nm。

（普朗克恒量h＝6.63×

10-34J·

s，1eV＝1.6×

10-19J）

23、超导体的两个基本特性是完全导电性和完全抗磁性。

26、材料由正常态转变为超导态的温度称为临界温度。

24、所谓的123材料的化学式为YBa2Cu3O7-δ。

24、介质的极化有两种基本形式：

松弛极化和位移式极化。

25、BaTiO3电介质在居里点以下存在电子位移极化、离子位移极化、离子松弛极化和自发极化四种极化机制.

16、实际使用中的绝缘材料都不是完善的理想的电介质，也就是说其电阻都不是无穷大，在外电场的作用下，总有一些带电粒子会发生移动而引起微弱的电流，我们把这种微小电流称为漏导电流。

17、在电场作用下，电介质的介质损耗是σE2或者εtgδ（或者按有关概念回答）。

17、热击穿的本质是介质在电场中极化，介质损耗发热，当热量在材料内积累,材料温度升高，当出现永久性损坏。

26、电介质的击穿形式有电击穿，热击穿和化学击穿三种形式。

29、对介质损耗的主要影响因素是频率和温度。

29、物质的磁性是由电子的运动产生的.

30、材料磁性的本源是材料内部电子的循轨和自旋运动。

31、材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩。

二、选择题

1．滑移是在（D）作用下，在一定滑移系统上进行的。

（A）．压应力（B）.拉应力（C）.正应力（D）.剪应力

2.在结晶的陶瓷中，滞弹性弛豫最主要的根源是残余的（B）。

（A）.晶相（B）.玻璃相（C）.气相（D）.液相

3.对于理想弹性材料,在外载荷作用下,哪个说法是不正确的（B）

（A）.应力和应变服从虎克定律;

（B）.应变对于应力的响应是非线性的;

（C）.应力和应变同相位;

（D）.应变是应力的单值函数.

4.裂纹的扩展方式有几种，其中（A）扩展是低应力断裂的主要原因。

（A）.掰开型（B）.错开型（C）.撕开型（D）.裂开型

5.下列各参数中,不是材料本征参数的是（D）

（A）.KIC（平面应变断裂韧性）（B）.E（弹性模量）（C）.γ（表面能）（D）.R（电阻）

6.下列硬度实验方法中不属于压入法的是（D）

（A）.肖式硬度（B）.维式硬度（C）.布式硬度（D）.莫式硬度

7.下列硬度实验方法中属于动载压入法的是（C）

（A）.布式硬度（B）.洛式硬度（C）.肖式硬度（D）.维式硬度

8.下列说法中是描述德拜模型的是（D）

（A）.晶体中每个原子都是一个独立的振子;

（B）.原子之间彼此无关;

（C）.所有原子都以相同的频率振动;

（D）.考虑晶体中原子的相互作用.

9.下列说法正确的是（A）

（A）.硬度是描述材料软硬程度的一种力学性能;

（B）.晶体中热阻的主要来源是原子间碰撞引起的散射;

（C）.硬度有统一的意义,物理意义和含义相同;

（D）.各硬度之间有固定的换算关系.

10.下列极化形式中不消耗能量的是（B）.

（A）.转向极化（B）.电子位移式极化（C）.离子松弛极化（D）.电子松弛极化

11．图中所示为几种典型材料在室温下的力—伸长曲线，其中哪条曲线是陶瓷—玻璃类材料的力—伸长曲线。

（D）

（A）．曲线1（B）.曲线2（C）.曲线5（D）.曲线4

12、下列叙述正确的是 

（ 

A）

（A）一条形磁介质在外磁场中被磁化，该介质一定为顺磁质；

（B）一条形磁介质在外磁场中被磁化，该介质一定为抗磁质；

（C）一条形磁介质在外磁场中被磁化，该介质一定为铁磁质；

（D）顺磁质，抗磁质，铁磁质在外磁场中都会被磁化。

13、一种磁介质的磁化率

则它是 

B 

）

（A）铁磁质；

（B）抗磁质；

（C）顺磁质；

（D）无法判断，若要判断，还须另外条件。

三、名词解释

1、包申格效应——金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于4%），而后再同向加载，规定残余伸长应为增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

2、塑性——材料的微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。

3、硬度——材料表面上不大体积内抵抗变形或破裂的能力，是材料的一种重要力学性能。

4、应变硬化——材料在应力作用下进入塑性变形阶段后，随着变形量的增大，形变应力不断提高的现象。

5、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。

6、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。

7、压电性——某些晶体材料按所施加的机械应力成比例地产生电荷的能力。

8、电解效应——离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质。

9、逆压电效应——某些晶体在一定方向的电场作用下，则会产生外形尺寸的变化，在一定范围内，其形变与电场强度成正比。

10、压敏效应——指对电压变化敏感的非线性电阻效应，即在某一临界电压以下，电阻值非常高，几乎无电流通过；

超过该临界电压（敏压电压），电阻迅速降低，让电流通过。

11、热释电效应——晶体因温度均匀变化而发生极化强度改变的现象。

12、光电导——光的照射使材料的电阻率下降的现象。

13、磁阻效应——半导体中，在与电流垂直的方向施加磁场后，使电流密度降低，即由于磁场的存在使半导体的电阻增大的现象。

14、光伏效应——指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。

15、电介质——在外电场作用下，能产生极化的物质。

16、极化——介质在电场作用下产生感应电荷的现象。

17、电介质极化——在外电场作用下，电介质中带电质点的弹性位移引起正负电荷中心分离或极性分子按电场方向转动的现象。

18、 

电子位移极化（也叫形变极化）——在外电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生位移形成的极化叫电子位移极化，也叫形变极化。

19、离子位移极化——离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长，导致电偶极矩的增加,被称为离子位移极化。

20、松弛极化——当材料中存在着弱联系电子、离子和偶极子等松弛质点时，热运动使这些松弛质点分布混乱，而电场力图使这些质点按电场规律分布，最后在一定温度下，电场的作用占主导，发生极化。

这种极化具有统计性质，叫作松驰极化。

松驰极化是一种不可逆的过程，多发生在晶体缺陷处或玻璃体内。

21、电介质的击穿——电介质只能在一定的电场强度以内保持绝缘的特性。

当电场强度超过某一临界值时，电介质变成了导体，这种现象称为电介质的击穿，相应的临界电场强度称为介电强度或击穿电场强度。

22、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

23、介质损耗——将电介质在电场作用下，单位时间消耗的电能叫介质损耗。

24、顺磁体——原子内部存在永久磁矩,无外磁场,材料无规则的热运动使得材料没有磁性.当外磁场作用,每个原子的磁矩比较规则取向,物质显示弱磁场。

25、铁磁体——主要特点:

在较弱的磁场内,铁磁体也能够获得强的磁化强度,而且在外磁场移去,材料保留强的磁性.原因:

强的内部交换作用,材料内部有强的内部交换场,原子的磁矩平行取向,在物质内部形成磁畴

26、机电耦合系数——压电材料中产生的电能和输入的机械总能量之比的平方。

27、铁电体——能够自己极化的非线性介电材料，其电滞回路和铁磁体的磁滞回路形状相近似。

28、软磁材料——容易退磁和磁化（磁滞回线瘦长）,具有磁导率高,饱和磁感应强度大,矫顽力小,稳定型好等特性。

29、磁致伸缩——铁磁物质磁化时，沿磁化方向发生长度的伸长或缩短的现象。

30、霍尔效应——沿试样x轴方向通入电流I（电流密度JX），Z轴方向加一磁场HZ，那么在y轴方向上将产生一电场Ey。

31、固体电解质——固体电解质是具有离子导电性的固态物质。

这些物质或因其晶体中的点缺陷或因其特殊结构而为离子提供快速迁移的通道,在某些温度下具有高的电导率（1～106西门子/厘米）,故又称为快离子导体。

四、简答题

1、试述韧性断裂与脆性断裂的区别，为什么说脆性断裂最危险？

（8分）

答：

韧性断裂和脆性断裂的区别在于：

前者在断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形，后者无宏观塑性变形；

前者断裂过程缓慢，而后者为快速断裂过程；

前者断口呈暗灰色，纤维状，后者齐平光亮，呈放射状或结晶状。

（6分）

脆性断裂的危险性在于断裂前不产生明显的宏观塑性变形，无明显前兆。

2、试分析应如何选择陶瓷制品表面釉层的热膨胀系数，可以使制品的力学强度得以提高。

一般陶瓷用品，选择釉的膨胀系数适当地小于坯体的膨胀系数时，制品的力学强度得以提高。

原因：

（1）釉的膨胀系数比坯小，烧成后的制品在冷却过程中表面釉层的收缩比坯体小，使釉层中存在压应力，均匀分布的预压应力能明显地提高脆性材料的力学强度。

同时，这一压应力也抑制釉层微裂纹的发生，并阻碍其发展，因而使强度提高；

（2）当釉层的膨胀系数比坯体大，则在釉层中形成张应力，对强度不利，而且过大的张应力还会使釉层龟裂。

（1分）

另：

釉层的膨胀系数不能比坯体小太多，否则会使釉层剥落，造成缺陷。

3、下图为典型的低碳钢拉伸时的力---伸长曲线。

试根据该图回答以下问题：

（12分）

（1）整个拉伸过程中的变形可分为哪四个阶段？

（2）如该曲线的横坐标为应变ε，纵坐标为应力σ，则从曲线中可读出：

比例极限，弹性极限，屈服点，抗拉强度，分别将各参数在图中标出。

（3）弹性比功如何计算，如何提高材料的弹性比功。

（1）整个拉伸过程中的变形可分为哪四个阶段：

弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形和不均匀集中塑性变形。

（4分）

（2）见图（4分）

（3）定义：

材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性好坏。

提高材料的弹性比功的途径：

提高σe；

降低E（2分）

4、试从晶体的势能曲线分析在外力作用下塑性形变的位错运动理论。

理想中的原子处于周期性势场中，一维单原子链的势能曲线如图，如果在晶体中存在位错，则在位错处的原子处于亚稳定状态，即原子仍处于势阱中，但其能量高于格点上原子的能量，有位错的一维单原子链的势能曲线如图，位错运动所需的能量要小于格点上原子的运动，如果有外力的作用，则使位错运动的能量进一步降低，更有利于位错的运动。

5、玻璃是无序网络结构，不可能有滑移系统，呈脆性，但在高温时又能变形，为什么？

正是因为非长程有序，许多原子并不在势能曲线低谷；

有一些原子键比较弱，只需较小的应力就能使这些原子间的键断裂；

原子跃迁附近的空隙位置，引起原子位移和重排。

不需初始的屈服应力就能变形-----粘性流动。

6、为什么常温下大多数陶瓷材料不能产生塑性变形、而呈现脆性断裂？

陶瓷多晶体的塑性形变不仅取决于构成材料的晶体本身，而且在很大程度上受晶界物质的控制。

因此多晶塑性形变包括以下内容：

晶体中的位错运动引起塑变；

晶粒与晶粒间晶界的相对滑动；

空位的扩散；

粘性流动。

在常温下，由于非金属晶体及晶界的结构特点，使塑性形变难以实现。

又由于在材料中往往存在微裂纹，当外应力尚未使塑变以足够的速度运动时，此应力可能已超过微裂纹扩展所需的临界应力，最终导致材料的脆断。

7、影响塑性形变的因素有哪些？

并对其进行说明。

晶体结构和键型

本征因素：

晶粒内部的滑移系统相互交截、晶界处的应力集中、晶粒大小和分布；

外来因素：

晶界作为点缺陷的源和阱，易于富积杂质，沉淀有第二相。

特别当含有低熔点物质时，多晶材料的高温塑性滑移首先发生在晶界。

（杂质在晶界的弥散、晶界处的第二相、晶界处的气孔。

8、断裂能包括哪些内容？

热力学表面能：

固体内部新生单位原子面所吸收的能量。

塑性形变能：

发生塑变所需的能量。

相变弹性能：

晶粒弹性各向异性、第二弥散质点的可逆相变等特性，在一定的温度下，引起体内应变和相应的内应力。

结果在材料内部储存了弹性应变能。

微裂纹形成能：

在非立方结构的多晶材料中，由于弹性和热膨胀各向异性，产生失配应变，在晶界处引起内应力。

当应变能大于微裂纹形成所需的表面能，在晶粒边界处形成微裂纹。

9、什么是裂纹的快速扩展？

按照微裂纹脆断理论，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，即由最危险的裂纹尺寸（临界裂纹尺寸）决定材料的断裂强度。

当裂纹由成核生长和亚临界扩展发展到临界尺寸，此时K1的数值也随着裂纹的扩展增长到K1c的数值。

至此裂纹的扩展从稳态转入动态，出现快速断裂。

或裂纹尖端屈服区附近足够大的内应力达到了足以撕开原子间键，导致固体沿着原子面发生解理。

10、克服材料脆性和改善其强度的关键是什么？

提高材料的断裂能，便于提高抵抗裂纹扩展的能力；

减小材料内部所含裂纹缺陷的尺寸，以减缓裂纹尖端的应力集中效应。

11、说明KI和KIC的异同。

（5分）

两者的不同点：

KI：

应力强度因子，是一个力学参量，表示裂纹体中裂纹尖端的应力场强度的大小，综合反映了外加应力和裂纹位置、长度对裂纹尖端应力场强度的影响，与裂纹类型有关，而和材料无关；

KIC：

平面应变断裂韧性，是材料的力学性能指标，决定于材料的成分、组织结构等内在因素，而与外加应力及试样尺寸等外在因素无关。

两者的相同点：

两者均是材料力学性能的描述，单位一致，计算公式基本一致。

12、材料的弹性模数主要取决于什么因素？

无机非金属材料的弹性模数受什么因素影响最严重？

材料的弹性模数主要取决于六个方面：

（3分）

一、键合方式和原子结构；

二、晶体结构；

三、化学成分；

四、微观组织；

五、温度；

六、加载条件和负载持续时间。

其中，无机非金属材料的弹性模数主要受微观组织影响最严重。

13、简述提高无机材料强度，改进材料韧性的措施。

（10分）

1、微晶、高密度与高纯度

2、提高抗裂能力与预加应力

3、化学强化

4、相变增韧

5、弥散增韧

14、根据抗热冲击断裂因子对热稳定性的影响，分析提高抗热冲击断裂性能的措施。

提高抗热冲击断裂性能的措施：

（1）、提高材料强度σ，减小弹性模量E，使σ/E提高------提高材料的柔韧性，能吸收较多的弹性应变能而不致开裂，提高了热稳定性。

（2）、提高材料的热导率λ；

（3）、减小材料的热膨胀系数α；

（4）、减小材料的表面热传递系数h；

（5）、减小产品的有效厚度。

15、什么是相变增韧?

利用ZrO2由四方转变成单斜相的相变过程可以改善陶瓷材料的断裂韧性，简述其机理。

相变增韧是利用多晶多相陶瓷中某些相在不同温度下发生相变从而增韧的效果.（4分）

ZrO2由四方转变成单斜相的相变过程中,体积增加3-5%，（2分）这体积效应使得材料内部产生应力或者微裂纹。

（2分）当材料受到外力作用时，材料内部因为应力集中或者微裂纹可以部分或者全部抵抗外力作用，从而改善材料的断裂韧性。

16、请定性介绍陶瓷受球形压力作用时，压痕应力场下材料中裂纹的形成至材料断裂的过程。

压痕裂纹可能起源于试样上原有的裂纹，也可能是在压头加载时产生的。

（2分）陶瓷受球形压力作用，先产生弹性形变，抵抗部分外加应力；

然后产生塑性变形。

（2分）当弹性变形和塑性形变都不能够完全抵抗外加作用力时，材料形成诱发裂纹，首先是应力集中点成核。

（2分）一个给定的裂纹能否充分发展成临界状态的裂纹，取决于其尺度、位置和其与张应力轴的相对取向，即在能量方面它应该具有足够克服阻碍裂纹发展的初级势垒的条件，满足Griffith裂纹扩展理论。

（2分）裂纹扩展分成稳态的裂纹扩展过程（当应变能释放率足以支付断裂表面能增量，原子键的破坏就会发生）和动态的裂纹扩展过程（原子键的破坏过程呈分段的连续性），最后材料断裂。

17、提高无机材料透光性的措施有哪些？

答:

（1）提高原料的纯度

（2）添加外加剂:

一方面这些质点将降低材料的透光率,但由于添加这些外加剂将可以降低材料的气孔,从而提高材料的透光率

（3）工艺措施:

采用热压法比普通烧结法更容易排除气孔,即降低气孔,将晶粒定向排列将可以提高材料的透光率

18、TiO2广泛应用于不透明搪瓷釉。

其中的光散射颗粒是什么？

颗粒的什么特性使这些釉获得高度不透明的品质？

其中的光散射颗粒是TiO2（2分），该颗粒不与玻璃相互作用，且颗粒与基体材料的相对折射率很大，再加上颗粒尺寸与光的波长基本相等，则使釉获得高度不透明的品质（3分）。

19、试分析讨论为什么氧化铝（Al2O3）陶瓷能制成透明灯管，而金红石（TiO2）瓷则不能做成透明陶瓷？

（已知：

-Al2O3晶体的n0=1.760，ne=1.768；

TiO2晶体的n0=2.854，ne=2.567，同时设有200个晶界加以讨论）

主要受晶粒排列方向的影响严重：

如果材料中存在双折射现象，则与晶轴成不同角度的方向上，折射率不相同。

在多晶材料中，晶粒的不同取向均产生反射及散射损失。

如以两个相邻晶粒的光轴相互垂直加以讨论分析。

设光线沿左晶粒的光轴方向射入，则在左晶粒中只存在常光折射率，右晶粒的光轴垂直于左晶粒的光轴，也就垂直于晶界处的入射光，由于双折射现象，还有非常光折射率存在。

两晶粒的相对折射率不为1，此时将导致反射和折射损失。

如相邻晶粒的取向彼此垂直，则晶界面的反射系数：

对于氧化铝瓷：

对于金红石瓷：

设有200个晶界，则除去晶界反射损失后，剩余光强为：

损失较大，（3分）

此外，对于氧化铝瓷n21=1.0045，接近于1，散射损失不大，而对于金红石瓷n21=1.1112，较大，则也会引起较大的散射损失。

故：

氧化铝（Al2O3）陶瓷能制成透明灯管，而金红石（TiO2）瓷则不能做成透明陶瓷。

19、

（1）铁氧体按结构分有哪六种主要结构?

（2）半导体激光器中，与激光辐射相关的三个能级跃迁过程是什么?

（1）6种：

尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型和钨青铜型。

（2）和激光发射有关的跃迁过程是：

吸收，自发辐射和受激辐射。

E1是基态，E2是激发态，电子在这二个能级中跃迁有能量变化。

在自发辐射时，hν12的能量相同，但其位相和传播方向等各不相同，而在受激辐射时，hν12的所有特性如能量，位相和传播方向等都相同。

20、金属、半导体的电阻随温度的升高如何变化？

说明原因。

金属的电阻随温度的升高而增大（1分），半导体的电阻随温度的升高而减小（1分）。

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（2分）。

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（1分）。

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到上面的空带中去（1分），在外电场作用下，这些电子将参与导电（1分）。

同时，满带中由于少了一些电子，在满带顶部附近出现了一些空的量子状态，满带变成了部分占满的能带（2分），在外电场作用下，仍留在满带中的电子也能够起导电作用（1分）。

21、杂质原子使纯金属的电导率如何变化？

杂质原子使纯金属的电导率下降（2分），其原因是：

溶质原子溶入后，在固溶体内造成不规则的势场变化（1分），严重影响自由电子的运动（2分）。

22、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。

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（rK+＞rLi+），在外电场作用下，一价金属离子移动时，