無(wú)機(jī)材料物理性能題庫(kù).doc

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名詞解釋 1、包申格效應(yīng)——金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應(yīng)變小于4%），而后再同向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)為增加，反向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象。 2、塑性——材料的微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分產(chǎn)生永久性位移，并不引起材料破裂的現(xiàn)象。 3、硬度——材料表面上不大體積內(nèi)抵抗變形或破裂的能力，是材料的一種重要力學(xué)性能。 4、應(yīng)變硬化——材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象。 5、弛豫——施加恒定應(yīng)變，則應(yīng)力將隨時(shí)間而減小，彈性模量也隨時(shí)間而降低。 6、蠕變——當(dāng)對(duì)粘彈性體施加恒定應(yīng)力，其應(yīng)變隨時(shí)間而增加，彈性模量也隨時(shí)間而減小。 6、滯彈性——當(dāng)應(yīng)力作用于實(shí)際固體時(shí)，固體形變的產(chǎn)生與消除需要一定的時(shí)間，這種與時(shí)間有關(guān)的彈性稱為滯彈性。 7、壓電性——某些晶體材料按所施加的機(jī)械應(yīng)力成比例地產(chǎn)生電荷的能力。 8、電解效應(yīng)——離子的遷移伴隨著一定的質(zhì)量變化，離子在電極附近發(fā)生電子得失，產(chǎn)生新的物質(zhì)。 9、逆壓電效應(yīng)——某些晶體在一定方向的電場(chǎng)作用下，則會(huì)產(chǎn)生外形尺寸的變化，在一定范圍內(nèi)，其形變與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。 10、壓敏效應(yīng)——指對(duì)電壓變化敏感的非線性電阻效應(yīng)，即在某一臨界電壓以下，電阻值非常高，幾乎無(wú)電流通過；超過該臨界電壓(敏壓電壓)，電阻迅速降低，讓電流通過。 11、熱釋電效應(yīng)——晶體因溫度均勻變化而發(fā)生極化強(qiáng)度改變的現(xiàn)象。 12、光電導(dǎo)——光的照射使材料的電阻率下降的現(xiàn)象。 13、磁阻效應(yīng)——半導(dǎo)體中，在與電流垂直的方向施加磁場(chǎng)后，使電流密度降低，即由于磁場(chǎng)的存在使半導(dǎo)體的電阻增大的現(xiàn)象。 14、光伏效應(yīng)——指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。 15、電介質(zhì)——在外電場(chǎng)作用下，能產(chǎn)生極化的物質(zhì)。 16、極化——介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生感應(yīng)電荷的現(xiàn)象。 16、自發(fā)極化——極化并非由外電場(chǎng)所引起，而是由極性晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所引起，使晶體中的每個(gè)晶胞內(nèi)存在固有電偶極矩，這種極化機(jī)制為自發(fā)極化。 17、電介質(zhì)極化——在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)的彈性位移引起正負(fù)電荷中心分離或極性分子按電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。 18、電子位移極化(也叫形變極化) ——在外電場(chǎng)作用下，原子外圍的電子云相對(duì)于原子核發(fā)生位移形成的極化叫電子位移極化，也叫形變極化。 19、離子位移極化 ——離子晶體在電場(chǎng)作用下離子間的鍵合被拉長(zhǎng)，導(dǎo)致電偶極矩的增加, 被稱為離子位移極化。 20、松弛極化——當(dāng)材料中存在著弱聯(lián)系電子、離子和偶極子等松弛質(zhì)點(diǎn)時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)使這些松弛質(zhì)點(diǎn)分布混亂，而電場(chǎng)力圖使這些質(zhì)點(diǎn)按電場(chǎng)規(guī)律分布，最后在一定溫度下，電場(chǎng)的作用占主導(dǎo)，發(fā)生極化。這種極化具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，叫作松馳極化。松馳極化是一種不可逆的過程，多發(fā)生在晶體缺陷處或玻璃體內(nèi)。 21、電介質(zhì)的擊穿——電介質(zhì)只能在一定的電場(chǎng)強(qiáng)度以內(nèi)保持絕緣的特性。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，電介質(zhì)變成了導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿，相應(yīng)的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度稱為介電強(qiáng)度或擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度。 22、偶極子（電偶極子）——正負(fù)電荷的平均中心不相重合的帶電系統(tǒng) 23、介質(zhì)損耗——將電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，引起介質(zhì)發(fā)熱，單位時(shí)間消耗的電能叫介質(zhì)損耗。 24、順磁體——原子內(nèi)部存在永久磁矩,無(wú)外磁場(chǎng),材料無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)使得材料沒有磁性.當(dāng)外磁場(chǎng)作用,每個(gè)原子的磁矩比較規(guī)則取向,物質(zhì)顯示弱磁場(chǎng)。 25、鐵磁體——主要特點(diǎn):在較弱的磁場(chǎng)內(nèi),鐵磁體也能夠獲得強(qiáng)的磁化強(qiáng)度,而且在外磁場(chǎng)移去,材料保留強(qiáng)的磁性.原因:強(qiáng)的內(nèi)部交換作用,材料內(nèi)部有強(qiáng)的內(nèi)部交換場(chǎng),原子的磁矩平行取向,在物質(zhì)內(nèi)部形成磁疇 26、機(jī)電耦合系數(shù)——壓電材料中產(chǎn)生的電能和輸入的機(jī)械總能量之比的平方。 27、鐵電體——能夠自己極化的非線性介電材料，其電滯回路和鐵磁體的磁滯回路形狀相近似。 28、軟磁材料——容易退磁和磁化(磁滯回線瘦長(zhǎng)),具有磁導(dǎo)率高,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大,矯頑力小,穩(wěn)定型好等特性。 29、磁致伸縮——鐵磁物質(zhì)磁化時(shí)，沿磁化方向發(fā)生長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)或縮短的現(xiàn)象。 30、霍爾效應(yīng)——沿試樣x軸方向通入電流I（電流密度JX），Z軸方向加一磁場(chǎng)HZ，那么在y軸方向上將產(chǎn)生一電場(chǎng)Ey。 31、固體電解質(zhì)——固體電解質(zhì)是具有離子導(dǎo)電性的固態(tài)物質(zhì)。這些物質(zhì)或因其晶體中的點(diǎn)缺陷或因其特殊結(jié)構(gòu)而為離子提供快速遷移的通道,在某些溫度下具有高的電導(dǎo) 率(1～106西門子/厘米),故又稱為快離子導(dǎo)體。 簡(jiǎn)答題 1、試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別，為什么說脆性斷裂最危險(xiǎn)？（8分） 答：韌性斷裂和脆性斷裂的區(qū)別在于：前者在斷裂前及斷裂過程中產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形，后者無(wú)宏觀塑性變形；前者斷裂過程緩慢，而后者為快速斷裂過程；前者斷口呈暗灰色，纖維狀，后者齊平光亮，呈放射狀或結(jié)晶狀。（6分） 脆性斷裂的危險(xiǎn)性在于斷裂前不產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形，無(wú)明顯前兆。（2分） 2、根據(jù)不同材料應(yīng)力應(yīng)變曲線圖分析其特點(diǎn)和對(duì)應(yīng)材料。 受力情況下，絕大多數(shù)無(wú)機(jī)材料的變形行為如圖中曲線(a)所示，即在彈性變形后沒有塑性形變(或塑性形變很小)，接著就是斷裂，總彈性應(yīng)變能非常小，這是所有脆性材料的特征，包括離子晶體和共價(jià)晶體等。在短期承受逐漸增加的外力時(shí)，有些固體的變形分為兩個(gè)階段，在屈服點(diǎn)以前是彈性變形階段，在屈服點(diǎn)后是塑性變形階段。包括大多數(shù)金屬結(jié)構(gòu)材料如圖中曲線(b)所示。橡皮這類高分子材料具有極大的彈性形變，如圖中曲線(c)所示，是沒有殘余形變的材料，稱為彈性材料。 3、材料的彈性模數(shù)主要取決于什么因素？無(wú)機(jī)非金屬材料的彈性模數(shù)受什么因素影響最嚴(yán)重？（5分） 答：材料的彈性模數(shù)主要取決于六個(gè)方面：a鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)(離子鍵共價(jià)鍵結(jié)合的晶體結(jié)合力強(qiáng)，E增大分子鍵結(jié)合力弱，原子排布緊密E增大）；b晶體結(jié)構(gòu)（缺陷少，結(jié)構(gòu)緊密，E增大）；c化學(xué)成分；d微觀組織；e溫度（溫度升高，熱膨脹變大，原子間距變小，E減?。籪加載條件和負(fù)載持續(xù)時(shí)間（壓力使原子間距減小，E增大，拉應(yīng)力會(huì)使E減?。o(wú)機(jī)非金屬材料的彈性模數(shù)主要受微觀組織影響最嚴(yán)重。 4、為什么常溫下大多數(shù)陶瓷材料不能產(chǎn)生塑性變形、而呈現(xiàn)脆性斷裂？ 答：陶瓷多晶體的塑性形變不僅取決于構(gòu)成材料的晶體本身，而且在很大程度上受晶界物質(zhì)的控制。因此多晶塑性形變包括以下內(nèi)容：晶體中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起塑變；晶粒與晶粒間晶界的相對(duì)滑動(dòng)；空位的擴(kuò)散；粘性流動(dòng)。在常溫下，由于非金屬晶體及晶界的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使塑性形變難以實(shí)現(xiàn)。又由于在材料中往往存在微裂紋，當(dāng)外應(yīng)力尚未使塑變以足夠的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，此應(yīng)力可能已超過微裂紋擴(kuò)展所需的臨界應(yīng)力，最終導(dǎo)致材料的脆斷。 5.材料高溫蠕變曲張規(guī)律如何？影響蠕變的因素有哪些？ 答：1. 彈性形變階段（oa）起始段，在外力作用下，發(fā)生瞬時(shí)彈性形變，即應(yīng)力和應(yīng)變同步；若外力超過試驗(yàn)溫度下的彈性極限，則oa段也包括一部分彈性形變。2.第一階段蠕變（ab蠕變減速階段或過渡階段）其特點(diǎn)是應(yīng)變速率隨時(shí)間遞減，即ab段斜率隨時(shí)間增加而愈來(lái)愈小，曲線愈來(lái)愈平緩，持續(xù)時(shí)間較短。3.第二階段（bc蠕變—穩(wěn)定蠕變）此階段的形變速率最小，且恒定，也為穩(wěn)定態(tài)蠕變。4.第三階段蠕變（cd加速蠕變）此階段是斷裂即將來(lái)臨之前的最后一個(gè)階段。曲線較陡，說明蠕變速率隨時(shí)間增加而快速增加，最后在d點(diǎn)斷裂。 影響蠕變的主要因素有：①溫度、壓力：溫度升高、蠕變速率增大。這是由于溫度升高，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和晶界滑移加快，擴(kuò)散系數(shù)增大。蠕變速率隨應(yīng)力增大而增大，若對(duì)材料施加壓應(yīng)力則增大了蠕變阻力。②晶體結(jié)構(gòu)：結(jié)合力越大越不易發(fā)生蠕變，故共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的材料具有良好的抗蠕變性。③晶體的組成：組成不同的材料其蠕變性不同，即使組成相同，單獨(dú)存在或者形成化合物其蠕變也不一樣。④顯微結(jié)構(gòu)：材料中氣孔、晶粒和玻璃相等對(duì)蠕變都有影響，氣孔率增加蠕變率增大，晶粒越小蠕變速率越大，玻璃相粘度越小蠕變速率越大。 6、什么是裂紋的快速擴(kuò)展？陶瓷材料中的裂紋產(chǎn)生和快速擴(kuò)展的原因是什 么有哪些防止裂紋擴(kuò)展的措施。 答：按照微裂紋脆斷理論，材料的斷裂強(qiáng)度不是取決于裂紋的數(shù)量，而是決定于裂紋的大小，即由最危險(xiǎn)的裂紋尺寸（臨界裂紋尺寸）決定材料的斷裂強(qiáng)度。當(dāng)裂紋由成核生長(zhǎng)和亞臨界擴(kuò)展發(fā)展到臨界尺寸，此時(shí)K1的數(shù)值也隨著裂紋的擴(kuò)展增長(zhǎng)到K1c的數(shù)值。至此裂紋的擴(kuò)展從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入動(dòng)態(tài)，出現(xiàn)快速斷裂?；蛄鸭y尖端屈服區(qū)附近足夠大的內(nèi)應(yīng)力達(dá)到了足以撕開原子間鍵，導(dǎo)致固體沿著原子面發(fā)生解理。裂紋產(chǎn)生的原因： ①由于晶體微觀結(jié)構(gòu)中存在缺陷，當(dāng)受到外力作用時(shí)，在這些缺陷處就會(huì)引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋成核。 ②氣孔附近區(qū)域中存在的顯微結(jié)構(gòu)缺陷。通常氣孔不能單獨(dú)作為裂紋來(lái)看待。當(dāng)氣孔處于三交晶界處時(shí)，氣孔端部因?yàn)閼?yīng)力集中而產(chǎn)生的局部應(yīng)力有可能克服晶界間的結(jié)合力，從而使晶界產(chǎn)生松動(dòng)斷裂就有可能在這里發(fā)生。 ③夾雜導(dǎo)致的微開裂現(xiàn)象.無(wú)機(jī)材料中的夾雜通常起源于粉體的制備過程及成型過程。主要源于夾雜物與基體間熱膨脹及彈性形變的失配而產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力從而誘發(fā)出微裂紋。 ④由于熱應(yīng)力形成裂紋。① 晶粒在材料內(nèi)部取向不同熱膨脹系數(shù)不同在晶界或相界出現(xiàn) 應(yīng)力集中。②高溫迅速冷卻內(nèi)外溫度差引起熱應(yīng)力。③溫度變化發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變體積發(fā)生變化 。 ⑤材料表面的機(jī)械損傷與化學(xué)腐蝕形成表面裂紋。防止裂紋擴(kuò)展的措施：1.使作用應(yīng)力不超過臨界應(yīng)力裂紋就不會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展。2.在材料中設(shè)置吸收能量的機(jī)構(gòu)阻止裂紋擴(kuò)展 ⑴ 陶瓷材料中加入塑性粒子或纖維 ⑵ 人為地造成大量極微細(xì)的裂紋小于臨界尺寸能吸收能量阻止裂紋擴(kuò)展. 7、說明KI和KIC的異同。（5分） 答：兩者的不同點(diǎn)： KI：應(yīng)力強(qiáng)度因子，是一個(gè)力學(xué)參量，表示裂紋體中裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的大小，綜合反映了外加應(yīng)力和裂紋位置、長(zhǎng)度對(duì)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的影響，與裂紋類型有關(guān)，而和材料無(wú)關(guān)；（2分） KIC：平面應(yīng)變斷裂韌性，是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，決定于材料的成分、組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素，而與外加應(yīng)力及試樣尺寸等外在因素?zé)o關(guān)。（2分） 兩者的相同點(diǎn)：兩者均是材料力學(xué)性能的描述，單位一致，計(jì)算公式基本一致。 8.什么是亞臨界裂紋擴(kuò)展其機(jī)理有哪幾種 指在低于材料斷裂韌性的外加應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度作用下所發(fā)生的裂紋緩慢擴(kuò)展。 機(jī)理;a.應(yīng)力腐蝕理論;在一定的環(huán)境溫度和應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子作用下,材料中關(guān)鍵裂紋尖端處裂紋擴(kuò)展動(dòng)力與裂紋擴(kuò)展阻力的比較,構(gòu)成裂紋開裂或止裂的條件。 b.空腔機(jī)理,陶瓷在高溫下長(zhǎng)期受力的作用時(shí),晶界玻璃相的結(jié)構(gòu)粘度下降,由于該處的應(yīng)力集中,晶界處于甚高的局部拉應(yīng)力狀態(tài),玻璃相則會(huì)發(fā)生蠕變或粘性流動(dòng),形變發(fā)生在 氣孔\夾層\晶界層\甚至結(jié)構(gòu)缺陷中,形成空腔?？涨贿M(jìn)一步沿晶界方向長(zhǎng)大、連通形成次裂紋與主裂紋匯合形成裂紋的緩慢擴(kuò)展。 9.如何提高陶瓷材料的強(qiáng)度和韌性試簡(jiǎn)述其增韌原理。 提高無(wú)機(jī)材料強(qiáng)度改進(jìn)材料韌性從消除缺陷和阻止微裂紋發(fā)展著手。 a裂紋偏轉(zhuǎn)增韌;在擴(kuò)展裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)中的增強(qiáng)體會(huì)導(dǎo)致裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)從而干擾應(yīng)力場(chǎng),導(dǎo)致基體的應(yīng)力強(qiáng)度降低起到阻礙裂紋擴(kuò)展的作用而且裂紋的擴(kuò)展路徑增長(zhǎng).裂紋擴(kuò)展中需消耗更多的能量從而起到增韌的作用。 b裂紋橋接增韌;對(duì)于特定位向和分布的纖維裂紋很難偏轉(zhuǎn)只能沿著原來(lái)的擴(kuò)展方向繼續(xù)擴(kuò)展。這時(shí)緊靠裂紋尖端處的纖維并未斷裂而是在裂紋兩岸搭起小橋使兩岸連在一起。這會(huì)在裂紋表面產(chǎn)生一個(gè)壓應(yīng)力以抵消外加應(yīng)力的作用從而使裂紋難以進(jìn)一步擴(kuò)展起到增韌作用。 c彌散增韌;在基體中滲入具有一定顆粒尺寸的微細(xì)粉料達(dá)到增韌的效果。 d相變?cè)鲰g;利用多晶多相陶瓷中某些相成份在不同溫度的相變從而增韌的效果。其增韌機(jī)理包括應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g、微裂紋增韌等。1.應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g當(dāng)材料中存在亞穩(wěn)的四方晶相ZrO2時(shí)材料在承載過程中由于應(yīng)力誘發(fā)ZrO2由四方相轉(zhuǎn)變成單斜相相變過程中會(huì)吸收大量能量從而可以使裂紋尖端應(yīng)力集中程度降低2.微裂紋和相變伴隨的體積的改變?cè)诹鸭y面兩個(gè)開裂面施加了壓應(yīng)力導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展阻力提高使裂紋閉合不易擴(kuò)展材料的強(qiáng)度和斷裂韌性大幅度提高。 10.何謂熱容影響熱容的因素有哪些? 熱容為使物體溫度升高1K所需要的外界提供的能量。 熱容與物質(zhì)的性質(zhì)、所處的狀態(tài)及傳遞熱量的過程有關(guān)并同物質(zhì)系統(tǒng)的質(zhì)量成正比 11.熱膨脹的本質(zhì)是什么試用非簡(jiǎn)諧振動(dòng)理論解釋熱膨脹機(jī)理 熱膨脹的本質(zhì)是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的非簡(jiǎn)諧效應(yīng)。 質(zhì)點(diǎn)在平衡位置兩側(cè)時(shí)所分別收到的力并不對(duì)稱在這樣的受力情況下質(zhì)點(diǎn)的平衡位置要偏移從而導(dǎo)致相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離增加以致晶胞參數(shù)增大宏觀上便表現(xiàn)為晶體的熱膨脹。 12.試簡(jiǎn)述影響熱膨脹性能的主要因素及影響規(guī)律 1.和結(jié)合能、熔點(diǎn)的關(guān)系質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力強(qiáng)升高相同的溫度時(shí)質(zhì)點(diǎn)的振幅增加的較少平均位置的位移增量增加得相應(yīng)較少熱膨脹系數(shù)也較小。由于單質(zhì)的熔點(diǎn)與周期表存在一定的規(guī)律性所以熱膨脹系數(shù)與周期表也相應(yīng)的關(guān)系。 2.與溫度、熱容的關(guān)系溫度熱容越高熱膨脹系數(shù)越大 3.與結(jié)構(gòu)的關(guān)系結(jié)構(gòu)緊密的固體膨脹系數(shù)大反之膨脹系數(shù)小。固體結(jié)構(gòu)疏松內(nèi)部空隙較多當(dāng)溫度升高原子振幅加大原子間距離增加時(shí)部分被結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙所容納宏觀膨脹就小。 13.什么是抗熱震性,如何表示陶瓷材料的抗熱震性?試簡(jiǎn)要說明提高陶瓷材料的抗熱沖擊斷裂性能的主要措施。 抗熱震性指材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力又稱為熱穩(wěn)定性。 通過抗熱沖擊斷裂因子表示陶瓷材料的抗熱震性.提高措施:a、提高材料強(qiáng)度σ減小彈性模量E使σ/E提高------提高材料的柔韌性能吸收較多的彈性應(yīng)變能而不致開裂提高了熱穩(wěn)定性。 b、提高材料的熱導(dǎo)率λ c、減小材料的熱膨脹系數(shù)α;d、減小材料的表面熱傳遞系數(shù)h e、減小產(chǎn)品的有效厚度。 14.試分析固體材料導(dǎo)熱機(jī)理及影響熱導(dǎo)率的因素有哪些 固體中的導(dǎo)熱主要是由晶格振動(dòng)的格波和自由電子的振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。金屬含有大量的自由電子,而且電子的質(zhì)量很輕,所以能迅速實(shí)現(xiàn)熱傳遞。因此金屬一般都有較大的熱導(dǎo)率。晶格振動(dòng)對(duì)金屬導(dǎo)熱的貢獻(xiàn)是次要的。非金屬晶體自由電子很少晶格振動(dòng)是它們的主要傳熱機(jī)構(gòu)。 影響因素1.溫度的影響2. 顯微結(jié)構(gòu)的影響3. 化學(xué)組成的影響4. 復(fù)相材料的熱導(dǎo)率5.氣孔的影響. 15.為什么金屬材料有較大的熱導(dǎo)率，而非金屬材料的導(dǎo)熱不如金屬材料好？ 答：固體中導(dǎo)熱主要是由晶格振動(dòng)的格波和自由電子運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在金屬中由于有大量的自由電子，而且電子的質(zhì)量很輕，所以能迅速地實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。雖然晶格振動(dòng)對(duì)金屬導(dǎo)熱也有貢獻(xiàn)，但只是很次要的。在非金屬晶體，如一般離子晶體的晶格中，自由電子是很少的，晶格振動(dòng)是它們的主要導(dǎo)熱機(jī)構(gòu)。因此，金屬一般都具有較非金屬材料更大的熱導(dǎo)率. 16..畫圖說明并解釋晶體和非晶體導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化規(guī)律的不同(圖自記） 1.非晶體的熱導(dǎo)率在所有溫度下逗逼晶體小這主要是因?yàn)榉蔷w的 聲子平均自由程在絕大多數(shù)情況下都比晶體的小的多。 2.晶體和非晶體材料的熱導(dǎo)率在高溫時(shí)比較接近這是因?yàn)楫?dāng)溫度升 C點(diǎn)或f點(diǎn)時(shí)晶體的聲子平均自由程已減小到下限值。 3. 非晶體熱導(dǎo)率曲線與晶體熱導(dǎo)率曲線的區(qū)別是前者沒有熱導(dǎo)率的峰值m點(diǎn) 17、什么叫晶體的熱缺陷，有幾種類型寫出其濃度表達(dá)式晶體中離子電導(dǎo)分為哪幾類 由于晶體中的原子(或離子)的熱運(yùn)動(dòng)而造成的缺陷稱為熱缺陷 弗侖克爾缺陷 （公式1） 肖特基缺陷 （公式2） 分為2類 本征電導(dǎo)晶體點(diǎn)陣中離子的運(yùn)動(dòng)。高溫下為主 雜質(zhì)電導(dǎo)雜質(zhì)離子是弱聯(lián)系離子。低溫下為主 18、何謂電介質(zhì)的極化請(qǐng)簡(jiǎn)述介質(zhì)極化的類型并比較之。 極化指介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點(diǎn)、原子、分子、離子、正負(fù)電荷重心分離，從而轉(zhuǎn)變成偶極子。 極化類型分為：電子位移極化離子位移極化松弛極化轉(zhuǎn)向極化空間電荷極化。 電子位移極化：在外電場(chǎng)作用下，原子外圍的電子云相對(duì)于原子核發(fā)生位移形成的極化。這種極化具有一個(gè)彈性束縛電荷在強(qiáng)迫振動(dòng)中所表現(xiàn)出來(lái)的特性是可逆的。 離子位移極化：離子在電場(chǎng)的作用下偏移平衡位置引起的極化仍然受到彈性恢復(fù)力的限制是可逆的。 松弛極化：比位移極化移動(dòng)較大距離移動(dòng)時(shí)需克服一定的勢(shì)壘極化建立時(shí)間長(zhǎng)需吸收一定的能量是一種非可逆過程。 轉(zhuǎn)向極化：具有恒定偶極矩的極性分子在外加電場(chǎng)作用下，偶極子發(fā)生轉(zhuǎn)向趨于和外加電場(chǎng)方向一致，與極性分子的熱運(yùn)動(dòng)達(dá)到統(tǒng)計(jì)平衡狀態(tài)整體表現(xiàn)為宏觀偶極矩。 空間電荷極化：在缺陷障礙處自由電子積聚形成空間電荷極化一般為高壓式極化。 19、何謂介質(zhì)損耗？介質(zhì)損耗的形式有哪些？ 答：介質(zhì)損耗——將電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，引起介質(zhì)發(fā)熱，單位時(shí)間消耗的電能叫介質(zhì)損耗.主要類型：（1）電導(dǎo)（漏導(dǎo)）損耗（2）極化損耗3）電離損耗4）結(jié)構(gòu)損耗（5）宏觀結(jié)構(gòu)不均勻的介質(zhì)損耗。 20.什么材料傳播最長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外輻射是MgO,SrO,BaO? 要使諧振點(diǎn)的波長(zhǎng)盡可能遠(yuǎn)離可見光區(qū)即吸收峰處的頻率盡可能小，則需要較小的材料熱震頻率r即材料在課件光區(qū)的透過范圍大，而這就要求材料的離子間作用力小陽(yáng)離子和陰離子質(zhì)量大，即β小，Mc與Ma要大。對(duì)于MgO,SrO,BaO，它們都是離子鍵結(jié)合但Ba2+半徑最大因此Ba2+與O2-之間的作用力相對(duì)較小即β值較小又因?yàn)橄啾萂g,Sr,Ba離子質(zhì)量最大即Mc最大因此總的來(lái)說BaO 材料的r最小。因而能傳播最長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外輻射。 21、試分析討論為什么氧化鋁（Al2O3）陶瓷能制成透明燈管，而金紅石（TiO2）瓷則不能做成透明陶瓷？（已知：- Al2O3晶體的n0 = 1.760，ne = 1.768；TiO2晶體的n0 = 2.854，ne = 2.567，同時(shí)設(shè)有200個(gè)晶界加以討論） 答：主要受晶粒排列方向的影響嚴(yán)重： 如果材料中存在雙折射現(xiàn)象，則與晶軸成不同角度的方向上，折射率不相同。在多晶材料中，晶粒的不同取向均產(chǎn)生反射及散射損失。如以兩個(gè)相鄰晶粒的光軸相互垂直加以討論分析。設(shè)光線沿左晶粒的光軸方向射入，則在左晶粒中只存在常光折射率，右晶粒的光軸垂直于左晶粒的光軸，也就垂直于晶界處的入射光，由于雙折射現(xiàn)象，還有非常光折射率存在。兩晶粒的相對(duì)折射率不為1，此時(shí)將導(dǎo)致反射和折射損失。如相鄰晶粒的取向彼此垂直，則晶界面的反射系數(shù)：（3分） 對(duì)于氧化鋁瓷： 對(duì)于金紅石瓷： 設(shè)有200個(gè)晶界，則除去晶界反射損失后，剩余光強(qiáng)為： 對(duì)于氧化鋁瓷： 對(duì)于金紅石瓷： 損失較大，（3分） 此外，對(duì)于氧化鋁瓷n21=1.0045，接近于1，散射損失不大，而對(duì)于金紅石瓷n21=1.1112，較大，則也會(huì)引起較大的散射損失。（2分） 故：氧化鋁（Al2O3）陶瓷能制成透明燈管，而金紅石（TiO2）瓷則不能做成透明陶瓷。 22、下圖為鐵磁性材料的典型磁滯回線，試根據(jù)該圖回答以下問題：（13分） （1）從圖中分別讀出飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、矯頑力、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度；（3分） （2）什么是磁滯效應(yīng)？應(yīng)如何計(jì)算磁滯損耗？（4分） （3）根據(jù)磁滯回線的形狀，可將磁性材料分為哪兩種材料，并分別說明這些材料的主要性能標(biāo)志。（6分） 答：（1）飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bs，矯頑力為Hc，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度為Br；（3分） （2）磁滯效應(yīng)是指鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，是鐵磁材料的重要特性之一。（2分） 磁滯損耗的計(jì)算：磁滯回線所包圍的面積即為磁化一周所產(chǎn)生的能量損耗，亦為磁滯損耗。（2分） （3）根據(jù)磁滯回線的形狀，可將磁性材料分為軟磁材料和硬磁材料。（2分） 軟磁材料的主要性能標(biāo)志：磁滯回線細(xì)小，高導(dǎo)磁率、高的磁感應(yīng)強(qiáng)度、小的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、低的矯頑力、低的磁滯損耗。（2分） 硬磁材料的主要性能標(biāo)志：磁滯回線寬肥，具有高的矯頑力、高的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、高的磁能積等。（2分） 23、試說明材料產(chǎn)生鐵磁性的條件。（8分） 答：材料產(chǎn)生鐵磁性的條件： 有未被抵消的自旋磁矩；（4分） 自旋磁矩自發(fā)地同向排列，產(chǎn)生自發(fā)磁化。（4分） 24、自發(fā)磁化的物理本質(zhì)是什么?材料具有鐵磁性的充要條件是什么? 答: 鐵磁體自發(fā)磁化的本質(zhì)是電子間的靜電交換相互作用 材料具有鐵磁性的充要條件為: 1) 必要條件:材料原子中具有未充滿的電子殼層,即原子磁矩 2) 充分條件:交換積分A > 0 25、用能量的觀點(diǎn)說明鐵磁體內(nèi)形成磁疇的原因 答:根據(jù)熱力學(xué)定律,穩(wěn)定的磁狀態(tài)一定是對(duì)應(yīng)于鐵磁材料內(nèi)總自由能極小值的狀態(tài).磁疇的形成和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài),也是對(duì)應(yīng)于滿足總的自由能為極小值的條件.對(duì)于鐵材料來(lái)說，分成磁疇后比分成磁疇前能量縮小,故鐵磁材料自發(fā)磁化后必然分成小區(qū)域的磁疇,使總自由能為最低,從而滿足能量最低原理.可見,退磁場(chǎng)能是形成磁疇的原因。 論述題 1、請(qǐng)以含有無(wú)氣孔、5%玻璃相（該玻璃相從溫度1000℃開始軟化，1100℃完全變成液相）的氧化鋁陶瓷為例子，說明：（1）該陶瓷分別在1050OC和1150℃時(shí)，受不斷增加的應(yīng)力作用時(shí)，陶瓷材料變形到斷裂的變化過程。（2）在恒定應(yīng)力作用（該應(yīng)力在室溫是陶瓷材料彈性變形的極限應(yīng)力）下，在1050℃時(shí)，影響該氧化鋁陶瓷高溫蠕變的因素有那些?（3）你認(rèn)為提高這種氧化鋁陶瓷抗熱沖擊斷裂性能的措施。 答：（1）在1050℃，該陶瓷含有5%軟化玻璃相。（1分）受不斷增加的應(yīng)力作用時(shí)，陶瓷材料先產(chǎn)生彈性形變，抵抗部分外加應(yīng)力。（1分）由于材料有5%軟化玻璃相；然后產(chǎn)生粘彈性的塑性變形。（1分）當(dāng)彈性變形和塑性形變都不能夠完全抵抗外加作用力時(shí)，材料形成誘發(fā)裂紋，直到裂紋擴(kuò)展，材料斷裂。（1分） 在1150℃時(shí)，該陶瓷含有5%玻璃相轉(zhuǎn)變成液相。（1分）受不斷增加的應(yīng)力作用時(shí)，陶瓷材料先產(chǎn)生彈性形變，抵抗部分外加應(yīng)力。（1分）由于材料有5%液相，材料中有一定的塑性變形。（1分）當(dāng)彈性變形和塑性形變都不能夠完全抵抗外加作用力時(shí)，材料形成誘發(fā)裂紋，直到裂紋擴(kuò)展，材料斷裂。（1分）材料中液相之間的作用力比固相大，材料在固相部分?jǐn)嗔?；?分）材料中液相之間的作用力比固相小，材料在液相部分?jǐn)嗔?。?分） （2）在恒定應(yīng)力作用（該應(yīng)力在室溫是陶瓷材料彈性變形的極限應(yīng)力）下，在1050℃時(shí)，影響該氧化鋁陶瓷高溫蠕變的因素有那些? a晶粒尺寸：不同的晶粒尺寸范圍決定了不同的蠕變機(jī)理起控制速率的作用。當(dāng)晶粒比較大，蠕變速率受晶格機(jī)理控制，當(dāng)晶粒比較小，情況相對(duì)復(fù)雜，二種晶界機(jī)理和晶格機(jī)理都可能起作用b固溶合金原子：固溶合金原子對(duì)蠕變行為的影響首先取決于控制蠕變的機(jī)理，即受固溶原子分布狀態(tài)的影響,其次也可能改變晶界的應(yīng)力指數(shù)，改變材料蠕變的機(jī)理。固溶合金原子可以提高或者降低材料的蠕變速率;c亞結(jié)構(gòu)的形成：位錯(cuò)、晶界等不同亞結(jié)構(gòu)的形成;d晶界剪切：晶界的滑移;e第二相物質(zhì)：在材料的晶界上存在的第二相，其性質(zhì)將決定材料高溫蠕變的形式或者機(jī)理 （3）提高這種氧化鋁陶瓷抗熱沖擊斷裂性能的措施：a提高材料強(qiáng)度s，減少?gòu)椥阅Ａ縀，提高s/E。實(shí)質(zhì)是提高材料的柔韌性;b提高材料的熱導(dǎo)率l，使得R￠提高;c減少材料的熱膨脹系數(shù)a;d減少表面熱傳遞系數(shù)h;e減少產(chǎn)品的有效厚度. 2、請(qǐng)論述量子自由電子導(dǎo)電理論與經(jīng)典導(dǎo)電理論的異同點(diǎn)。 答：（1）經(jīng)典電子理論：經(jīng)典理論認(rèn)為，在金屬晶體中，離子構(gòu)成了晶格點(diǎn)陣，并形成一個(gè)均勻的電場(chǎng)（2分），價(jià)電子是完全自由的，稱為自由電子（1分），他們彌散分布于整個(gè)點(diǎn)陣之中，就像氣體分子充滿整個(gè)容器一樣，因此稱為“電子氣（2分）”。自由電子的運(yùn)動(dòng)遵循經(jīng)典力學(xué)氣體分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，自由電子之間及它們與正離子之間的相互作用僅僅是類似于機(jī)械碰撞而已（2分）。 在沒有外加電場(chǎng)作用時(shí)，金屬中的自由電子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的幾率相同，因此不產(chǎn)生電流（1分）。當(dāng)對(duì)金屬施加外電場(chǎng)時(shí)，自由電子沿電場(chǎng)方向作加速運(yùn)動(dòng)，從而形成電流（1分）。 在自由電子定向運(yùn)動(dòng)過程中，要不斷地與正離子發(fā)生碰撞，使電子受阻，這就是產(chǎn)生電阻的原因（2分）。 （2）量子自由電子理論：和經(jīng)典電子理論一樣，量子自由電子理論同樣認(rèn)為金屬中正離子形成的電場(chǎng)是均勻的，價(jià)電子與離子間沒有相互作用，且為整個(gè)金屬所有，可以在整個(gè)金屬中自由運(yùn)動(dòng)（3分）。但這一理論認(rèn)為，金屬中每個(gè)原子的內(nèi)層電子基本保持著單個(gè)原子時(shí)的能量狀態(tài)（2分），而所有價(jià)電子卻按量子化規(guī)律具有不同的能量狀態(tài)，即具有不同的能級(jí)（2分）。該理論認(rèn)為，電子具有波粒二象性（2分）。 3、何謂p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)? 利用這一效應(yīng), 解釋太陽(yáng)能電池的工作原理.(15分) 答：p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)：指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。 如果用能量比半導(dǎo)體禁帶寬度還大的光照射p-n結(jié)，半導(dǎo)體吸收光能，電子從價(jià)帶激發(fā)至導(dǎo)帶，價(jià)帶中產(chǎn)生空穴。P區(qū)的電子向n區(qū)移動(dòng)，n區(qū)的空穴向p區(qū)移動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生電荷積累，p區(qū)帶正電，n區(qū)帶負(fù)電，從而產(chǎn)生了電位差。這和費(fèi)米能級(jí)的彎曲相對(duì)應(yīng)，若p-n結(jié)兩側(cè)被覆歐姆接觸電極，與外電路相連就有電流通過。 注：用能帶圖說明太陽(yáng)能電池的工作原理 4、為什么在常溫下，大多數(shù)無(wú)機(jī)非金屬材料不具備明顯的塑性？ 答：（1）、對(duì)于單晶體的陶瓷材料而言，原則上講可以通過滑移和孿晶實(shí)現(xiàn)塑性形變，但是由于陶瓷晶體多為離子鍵或共價(jià)鍵，具有明顯的方向性，同號(hào)離子相斥，只有個(gè)別滑移系統(tǒng)能滿足位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的幾何條件和靜電作用，所以單晶陶瓷材料只有少數(shù)具有簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)的晶體，如MgO、AgCl在室溫下具有塑性，而其它復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的材料在室溫下不能進(jìn)行塑性變形；（4分） （2）、陶瓷材料一般呈多晶狀態(tài)，而且還存在氣孔、微裂紋、玻璃相等，位錯(cuò)不易向周圍晶體傳播，更易在晶界處塞積而產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成裂紋引起斷裂，所以陶瓷材料很難進(jìn)行塑性變形；（3分） （3）、非晶態(tài)玻璃材料，由于不存在晶體中的滑移和孿生的變形機(jī)制，其永久變形是通過分子位置的熱激活交換來(lái)進(jìn)行的，屬于粘性流動(dòng)變形機(jī)制，塑性變形需要在一定的溫度下進(jìn)行，所以普通的無(wú)機(jī)玻璃在室溫下沒有塑性。（3分） 綜上所述，在常溫下大多數(shù)無(wú)機(jī)非金屬材料不具備明顯的塑性。