(完整版)材料物理性能期末复习考点

一名词解释

1.声频支振动：震动着的质点中所包含的频率甚低的格波，质点彼此之间的相位差不大，格波类似于弹性体中的应变波，称声频支振动。

2.光频支振动：格波中频率甚高的振动波，质点间的相位差很大，临近质点的运动几乎相反，频率往往在红外光区，称光频支振动。

3.格波：材料中一个质点的振动会影响到其临近质点的振动，相邻质点间的振，动会形成一定的相位差，使得晶格振动以波的形式在整个材料内传播的波。

4.热容：材料在温度升高和降低时要时吸收或放出热量，在没有相变和化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量。

5.一级相变：相变在某一温度点上完成，除体积变化外，还同时吸收和放出潜热的相变。

6.二级相变：在一定温度区间内逐步完成的，热焓无突变，仅是在靠近相变点的狭窄区域内变化加剧，其热熔在转变温度附近也发生剧烈变化，但为有限值的相变。

7.热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。

8.热膨胀分析：利用试样体积变化研究材料内部组织的变化规律的方法。

9.热传导：当材料相邻部分间存在温度差时，热量将从温度高的区域自动流向温度低的区域的现象。

10.热稳定性（抗热震性）：材料称受温度的急剧变化而不致破坏的能力。

11.热应力：由于材料的热胀冷缩而引起的内应力。

12.材料的导电性：在电场作用下，材料中的带电粒子发生定向移动从而产生宏观电流

13.载流子：材料中参与传导电流的带电粒子称为载流子

14.精密电阻合金：需要电阻率温度系数TRC或者α数值很小的合金，工程上称其为精密电阻合金

15.本征半导体：半导体材料中所有价电子都参与成键，并且所有键都处于饱和（原子外电子层填满）状态，这类半导体称为本征半导体。

16. n型半导体:掺杂半导体中或者所有结合键处被价电子填满后仍有部分富余的价电子的这类半导体。

17. p型半导体：在所有价电子都成键后仍有些结合键上缺少价电子，而出现一些空穴的一类半导体。

18.光致电导：半导体材料材料受到适当波长的电磁波辐射时，导电性会大幅升高的现象。

19.光致电导的基本条件：是电磁波的光子能量要〉=半导体的能带间隙值。

20.光生伏特效应：一些半导体材料受到电磁照射时，所产生的非平衡载流子呈现特殊的空间分布，从而形成两个电极，它们之间建立一个电场，具有电位差的现象

21.超导现象：材料的电阻率随温度变化，某些材料随温度下降电阻率突然减小到零的现象，将具有超导现象的材料称为超导材料。超导材料有很强的抗磁性。23.超导材料超导的条件：

1）温度条件温度低于某个临界温度T《T0 2）磁场条件：外不辞长不超过某个强度H〈HC 3）电流密度小于临界值

24.磁场强度：为了描述磁性介质的磁化状态定义单位体积磁性材料内原子磁矩的矢量总和。

25.磁极化强度J为单位体积内的磁偶极子矢量总和

26.磁化率材料在磁场中磁化的难易程度M/H

27.磁畴：铁磁体的自发磁化分为若干区域

28.磁致伸缩：在磁场中磁化时，铁磁体的长度或者体积发生变化的现象

29畴与畴之间的边界称为畴壁。

30.磁滞回线：对反磁化过程的宏观描述，两条反磁化曲线组成的闭合回线

31.矫顽力：铁磁体磁化到饱和以后，使它的磁化强度或磁感应强度降低到0所需要的反向磁场

32.剩余磁感应强度：铁磁体磁化到饱和并去掉外磁场后，在磁化方向保留的M r或B r称剩磁。Mr剩余磁化强度，Br剩余磁感应强度。

33.趋肤效应：铁磁体的表面磁场高，向铁磁体的内部磁场逐渐减小的现象

34.磁电阻效应：材料的电阻随外加磁场的变化而变化。按照电阻效应的机理和大小，分为正常磁电阻效应OMR、各向异性磁电阻效应AMR、巨磁电阻效应GMR

35.介电常数的温度系数：温度每变化1℃时，电介质介电常数的相对变化率

36.电介质的极化强度P：电介质单位体积内的点偶极矩的矢量总和

37.介质的击穿：当电场强度超过某一临界值后，电介质由介电状态变为导电状态的现象。击穿时电压为击穿电压。相应的电场强度称为击穿电场强度。

38.移峰效应：在铁电体中引入某种添加物生成固溶体，改变原来的晶胞参数和离子间的相互联系，使居里点向低温或高温方向移动。

39.压峰效应：降低居里点处的介电常数的峰值。

40.铁电体的非线性是指介电常数随外加电场强度非线性的变化

41.压电效应的形成：对压电晶体在一定方向上施加机械应力时，在其两端表面上会出现数量相等，符号相反的束缚电荷；作用力相反时，表面荷电性质亦反号，而且在一定范围内电荷密度与作用力呈正比，为正压电效应；反之，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，为逆压电效应，统称为压电效应。

42.材料对光的吸收：当光通过材料时，出射光强相对于入射光强被减弱的现象

43.直接带隙半导体：导带底和价带顶都位于k空间原点（k=0），电子要跃迁到导带上只需要吸收能量，这样的半导体

44.间接带隙半导体：电子跃迁不止要吸收能量，还要改变动量的半导体。

45.弹性散射：散射前后光的波长（或光子能量）不发生变化的散射。发生变化的散射称非弹性散射。

46.拉曼散射:光通过材料时由于入射光和分子运动相互作用而使频率发生变化的散射。分共振拉曼散射和表面增强拉曼散射。

47.材料的光发射：材料将以某种方式吸收能量转化为光能即发射光子的过程

48.光的全反射：当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光消失，入射光被全部反射回来的现象

49.光电效应：材料在光照射后释放出电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。只有当入射光的频率高于极限频率时，材料才会发射光电子，产生光电效应

50.光生载流子：如果能量大于带隙宽度的光照射到半导体上，则电子被激发而从价带跃迁到导带，形成电子—空穴对。如果这些电子—空穴对摆脱库伦力的相互作用而成为自由电子，则在导带和价带内将形成可以产生电流的过剩自由电子和自由空穴，这些就被称为光生载流子。

51.太阳能光电池产生电动势的基本条件：达到热平衡时，由于产生电流的载流子浓度增加，所以半导体电导率增加

52.形状记忆效应：金属材料在发生较大变形后，经加热到某一温度上能够回复到变形前形状的现象

53.相变伪弹性：去除应力后，部分或全部应变因应力诱发马氏体逆变为母相而恢复的现象

54.变温马氏体转变：在变温条件下，马氏体生成量是温度的函数

55.腐蚀率：单位时间内单位面积上的腐蚀量

56.侵蚀率：单位时间内侵入的深度

57.高温腐蚀：金属材料和它接触的环境介质在高温条件下发生的界面反应

58.极化：由于电极上通过电流而使电极电位发生变化的现象。阳极极化：阳极通过电流电位向正的方向变化。阴极极化：阴极通过电流电位向负的方向变化

59. 最大磁导率：在B-H起始磁化曲线上，B与H比值的最大值；

60. 起始磁导率：磁化曲线上起始点的斜率

61. 温度敏感性是指导电性对温度非常敏感，一般变现为导电性随温度升高呈指数规律增强。

62.杂质敏感性表现为导电性对杂质异常敏感，几乎是所有材料性能中对于杂质最敏感的性能。

63.光照敏感性是指半导体受到电磁波辐射，导电性大幅度增加，具有所谓的光致导电效应

64.抗磁性：某些材料受到外磁场作用后，感生出和外磁场相反的磁化强度，磁化率小于0的材料。超导态的超导体一定是抗磁性材料

65.顺磁性：许多材料在放入外磁场中，感生出和外磁场相同方向的磁性，磁化率大于0，但其数值也很小的材料

66.铁磁材料具有磁性转变温度：居里温度Tc。一般自发磁化随环境温度的升高而逐渐减小，超过居里温度时全部消失，这时材料表现出顺磁性，只有当温度小于居里温度时，组成铁磁

性材料的原子磁矩在磁畴内才平行或反平行排列，材料具有自发磁化

67.铁磁性和亚铁磁性材料的磁性转变温度称为居里点Tc，反铁磁性材料的磁性转变温度称为奈尔点T N

二填空

1，在不发生相变的条件下物质的热熔随温度的变化规律分三个区域：1区（接近0K），C V,M 正比于T，0K时，C V,M=0； 2区（低温区），C V,M正比于 T的三次方; 3区（高温区），C V,M 变化很平缓，近于恒定值3R。 AL2O3=3R*5 MgO=3R*2

2，元素的热容定律：恒压下元素的原子热容为25J/(MOL*K)；化合物的热容定律：1MOL 物质中的原子数为2NA，故摩尔热熔为2*25J/(MOL*K),三原子固体化合物的摩尔热熔

是高温材料的选材依据之一，熔点高，材料间原子结合力越强，ΘD越高。

4，热分析方法包括：差热分析，差示扫描量热法，热重法。

5，相邻两个片状畴的磁矩夹角为180度时，它们的边界称为180度畴壁。片状畴与三角畴之间磁矩相互垂直，他们的边界称为90度畴壁

6，对于各向同性的立方系晶体，各方向的膨胀特性相同，对于各向异性的晶体，各晶轴方向的线膨胀系数不同。

7，物体的热膨胀系数与定热容成正比，在低温下随温度的增加而急剧增加，高温下趋于平稳。原子间结合力越强的材料热膨胀系数越小，熔点高的物质膨胀系数小，键强度越高，膨胀系数越小。相同成分的材料，晶体＞非晶体，多晶单＞晶，层间＞层内，固溶体＞化合物8，热导率：晶体结构越复杂，晶格振动的非线性程度越大。热导率尖晶石＞莫来石，层内＞层间，单晶体＞多晶体，晶体＞非晶态材料，非晶态材料随温度的升高热导率增大。9，电阻率：合金＞纯金属；非晶体＞晶体；尺寸越小电阻率越高；本征半导体随温度的升高而呈指数增加。

10.固体中的导热主要依靠晶格振动的格波和自由电子的运动实现。

11.热阻分为两部分：晶格振动形成的热阻和杂质缺陷形成的热阻，温度不高不低情况下，缺陷热阻随温度的升高依1/T的规律下降，声子热阻随温度的升高依T的平方规律上升；纯金属声子热导占主要地位，热导率随温度的升高降低，合金缺陷热阻主导地位，热带导随温度的升高而升高。

12.材料的热冲击损坏两种类型：抵抗材料发生瞬时断裂的抗击冲击断裂性，和抵抗在热冲击循环作用下，才老表面开裂剥落并不断发展，最终碎裂或变质的抗热冲击损伤性.

13.越大，传热越快，热应力缓解越快，对热稳定越有利；材料尺寸越小，传热通道越短；材料的表面热散速率h越大，内外温差越大，热应力越大。

14.材料中的微裂纹产生及扩展跟弹性应变能和裂纹扩展的断裂表面能有关，弹性应变能释放率越小，断裂表面能越大，抗热冲击损伤性越好

15..参照材料导电性的高低，习惯上将材料划分为导体，半导体和绝缘体

16.影响材料电导率的主要因素是材料中载流子的体积密度与迁移率；半导体材料的载流子为导带的电子与价带的空穴；对于金属而言，参与导电的自由电子仅仅是处于费米面附近的电子

17.纯金属与合金材料的导电性随温度的变化显示两种不同的类型一类遵循马提申规则，另一类是偏离该规则的规律性

18.半导体在导电性方面独特的性质：温度敏感性、杂质敏感性、光照敏感性。。半导体导电性随温度升高呈指数规律增加

19.施主能及Ed针对n型半导体，受主能级Ea针p型半导体。

20.陶瓷材料中一旦有较多的电子参与导电，这类材料特有的离子导电性会被掩盖。很多陶瓷呈半导体性质原因，其有大小适当的能带间隙形成晶格空位。

21.根据磁化率的大小材料的磁性大致可以分为铁磁性、亚铁磁性、顺磁性、反铁磁性、抗磁性

22.材料磁性来源于电子的两种运动：轨道运动和电子的自旋运动

23.材料铁磁性的条件：1）存在未满壳层2）Rab/r>3时且A为正

24.退磁场Hd与材料的磁化强度M,材料的形状成正比：Hd=-NM N为退磁因子，仅和形状有关。

25.技术磁化与反磁化过程是以畴壁位移和磁矩转动两种方式进行的。

26.磁性材料的铁芯损耗一般包括三部分，即磁滞损耗、涡流损耗和趋肤效应、剩余损耗

27.绝缘体都是电介质，反之不一定，在电解质中起主要作用的是束缚着的电荷。电解质〉压电解材料〉铁电解材料

28.当光子能量达到禁带宽度E g时，电子就会吸收光子能量从满带跃迁到导带，此时吸收系数将骤然增大

29.当温度升高时，由于介质密度降低，极化强度降低，使得垫子和离子位移极化率的贡献都减弱。如果电介质只有电子位移极化，那么它的介电系数的温度系数是负的。但是温度升高会使离子晶体的弹性联系减弱，离子位移极化加强，导致介电系数的温度系数为正

30.电介质击穿的形式大致可以分为三类：热击穿，点击穿，和电化学击穿

31.光学材料是功能材料中的重要组成部分，光学材料以折射、反射、和透射的方式改变光线的方向、强度和位相，使得光照按照预定的要求传输，也可以吸收或者透过一定波长范围的光而改变光线的光谱成分

32.光作为波的属性可以用频率和波长描述，作为光子的属性用能量和动量表征。

33.拉曼光谱的理论解释是，入射光子与分子发射非弹性散射，分子吸收频率为V0的光子，发射VO-Vi的光子，同时分子从低能态跃迁到高能态，分子吸收频率为V0的光子，发射V0+Vi 的光子，同时分子从高能态跃迁到低能态。频率差Vi与入射光频率V0无关，由散射物质的

性质决定，每种散射物质都有自己特定的频率差，其中有些与材料的红外吸收频率相一致

34.激励方式：光致发光，场致发光，阴极射线致发光

35.产生激光的首要条件是实现粒子数反转

36.光导纤维简称光纤，是利用光的全反射原理制作的一种新型光学元件，是由两种或两种以上折射率不同的同名材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。包层折射率《纤芯

37.形状记忆效应的分类：单向形状记忆效应，双向形状记忆效应，全方位形状记忆效应

38.根据马氏体相变及其逆相变后温度的大小分为热弹性马、氏体相变和非热弹性马氏体相变

39.腐蚀抗腐蚀机理分为化学腐蚀、电化学腐蚀、物理溶解腐蚀。

40.氧化皮从结构上分离子型化合物锈皮，半导体化合物类型锈皮，间隙化合物型锈皮

三简答

1，为什么温度升高材料会吸收热量？

答：（1）温度升高时，晶格热振动加剧，材料内能增加；

（2）吸收热量与过程有关，若温度升高时体积膨胀，所吸收的热量一部分用于材料内能增加，一部分用于对外作功。

2，提高抗热冲击断裂性能的措施。

1）对于密实性陶瓷材料和玻璃而言：

（1）.提高材料强度，减小弹性模量E,使σ/E提高

（2）.提高材料热导率

（3）.减小材料热膨胀系数

（4）.减小表面散热系数

（5）.减小产品有效厚度

2）对于多孔，粗粒，干压，和部分烧结制品

（1）根据R’’’和R””使材料有较高的E和较低的σ，使材料有较低的弹性应变能释放率

（2）提高材料的断裂表面能

3.由于晶格振动的作用，使合金的导电性随温度升高而普遍降低。

两种典型情况为：1）在较低温度下，起因于晶格热振动的金属电阻率正比于绝对金属T的五次方；2）较高温度下，纯金属及合金的电阻率随T线性升高，这种情况在温度T超出金属德拜特征温度的范围内都可以应用

4.一般磁化曲线分四个部分。

第1部分是可逆磁化部分，此阶段没有剩磁和磁滞；第2部分是不可逆壁移阶段，此阶段存在磁滞现象；第3部分是磁化矢量的转动过程，此阶段随着磁化场进步增加，此举转动到与外磁场一致方向，第4阶段，磁体已磁化到技术饱和，此时磁化强度称饱和磁化强度。

5.简述磁化曲线的磁化过程

处于磁中兴状态的强磁性体在外磁场作用下，其磁化状态随外磁场发生变化的过程。磁中性状态是指材料处于磁感应强度和磁场同时为0的状态。在这一过程中，反应磁感应强度与磁场强度或磁化强度与磁场强度关系的曲线称为磁化曲线。反磁化过程是指磁性材料沿一个方向磁化饱和后当外磁场逐渐减小再沿相反方向逐渐增加时，其磁化状态随外磁场发生变化的过程。

6.磁矩转动过程P128

磁矩转动包括可逆转动和不可逆转动。以单轴各向异性磁体为例分析如下：如图（1）所示，磁畴在屋外磁场时，磁矩在易磁化方向0A，加磁场后，转动一定角度瑟塔0，设0A和磁场方向夹角小于900，此时不论磁场强度的强弱如何，当磁场强度减到0时，磁矩转回到易磁化方向，为可逆转动；图（2）所示，〉900，当磁场强度H从0增加，也增加，当H不大时，若将H减到0，磁矩转回原来的易磁化方向，亦为可逆转动；当磁场〉某个值H0之后，会一直转向磁场方向，但由于OB方向磁晶各向异性等效场作用，会转到图（3）位置，此时如果H减到0，磁矩会转到OB方向，不能回到原来0A，此为不可逆转动。

7.电介质极化类型

1）电子位移极化：电场作用下，离子中的电子向反电场方向移动一个小距离，带正点的原子核沿电场方向移动更小一个距离，造成政府电荷中心分离形成电偶极子产生电子位移极化。2）离子位移极化：电场作用下，离子晶体中的正负离子在其平衡位置附近发生可逆性相对位移形成离子位移极化3）偶极子转向极化4）热离子极化：材料中存在相互束缚较弱的电子，离子，在电场作用下发生沿电场方向的跃迁运动而引起。5）空间电荷极化6）自发极化由晶体内部构造造成

8..铁电体及压电体的特性

铁电体是指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向课随外电场作课逆转动的晶体，铁电体具有种自发磁化和电滞回线。

铁电体：电滞回线介电特性非线性自发极化

压电体：受到晶体结构对称性的制约，具有对称中心的晶体不可能有压电效应；必须是离子性晶体或离子团组成的份子晶体。

9.当光线垂直入射时反射及入射情况P199

当光线垂直入射时， m为反射系数，此时光在界面上反射的多少取决于两种介质相对折射率n211）如果介质1为空气，认为n1=1，n21=n2；2）如果n1和n2相差很大，界面反射损失就严重，；3）如果n1=n2，则m=0，因此在垂直入射情况下，几乎无反射损失，以透射为主。

10. 热应力里引起的材料破坏与哪些因素有关？

1）材料的热导率：λ越大，传热越快，热应力缓解越快，对热稳定越有利；

2）材料尺寸越：薄的传热通道越短，容易很快使温度均匀；

3）材料的表面热散速率：h越大，散热越快，内外温差就越大，热应力越大。

11.共振吸收与自发辐射以及受激辐射定义以及异同点P212图

1）共振吸收：由于特定电子能级之间的电子跃迁引起的，满足能量守恒定律的光子被吸收的现象。共振吸收的大小与入射光强度成正比。2）受激辐射：光的照射下，根据能量守恒定律，产生的光子数与入射光强度成比例的现象。只有满足能量守恒定律（hv=E2-E1)光的照射时才能发生。受激辐射的光子频率，前进方向以及相位都与入射光相同。3）自发辐射：没有光照射时，处于E2能级的电子跃迁到E1，产生能量hv=E2-E1的光子的现象。

12. 要活的激光发射，要满足三个基本条件

1）形成分布反转，使得受激辐射占优势；

2）具有共振腔，以实现光量子放大；

3）至少达到阈值电流密度，使得增益至少等于损耗

13.合金呈现形状记忆效应必备条件

1）马氏体相变是热弹性的

2）母体与马氏体相变呈有序点阵结构

3）马氏体内部亚结构为孪晶

4）相变在晶体学上具有完全可逆性

14.氧化皮对界面及界面反应的影响：1)直线规律:y=kt直线规律反应表面氧化膜多少，不完整对金属进一步氧化无抑制作用2）简单抛物线规律：氧化反应生成致密厚膜，对金属保护作用3）对数规律：对锈皮及腐蚀进一步抑制

15.高温抗蚀锈层条件：1）具备优良化学稳定性2）优良相稳定性3）结构致密4）锈皮必须连续而均匀覆盖于金属表面5）锈皮必须牢固连接在金属表面

16.金属抗高温腐蚀合金化遵循原则1）合金元素选择氧化后生成合金元素锈皮2）合金元素与基体金属组成尖晶石结构锈皮后取代抗蚀性低的基体金属锈皮3）将微量元素固定于基体金属锈皮中，借助微观结构缺陷变化提高金属抗蚀性

17.合金元素对氧化速率的影响：1）合金过剩性：加入低价元素，导电性下降，氧化速率变大；加入高价金属，导电性提高，氧化速率下降2）形成P型氧化膜金属：加低价金属，导电性提高，氧化速率下降；加高价金属氧化速率增大

18.电化学腐蚀反应特征：1）金属/电解质之间存在带电的界面层与界面层结构有关的因素均影响腐蚀过程2）金属失电子与氧化剂得电子一般不在同一地点发生，金属内部与电解质局部有电流通过3）反应产物可在近处及远离表面处生成

19.产生阳极极化原因：1）电化学极化：阳极金属离子进入溶液速度小于从阳极流出速度，使阳极表面负电荷减少而正电荷积累2）浓茶极化：离子向溶液扩散速度小于电化学反应生成离子速度3）电阻极化：金属溶解速度过低，阳极表面积累过正电荷

20.产生阴极极化原因：1）电化学极化：氧化剂在阳极与电子发生还原反应速度小于电子由阳极流来速度2）溶液中溶解氧通过扩散抵达阴极速度小于阴极还原反应速度3）电阻极化21.极化分类：1）电化学极化：由于电化学反应速度小于电子运动速度造成的极化2）浓差极化：由于溶液中有关物质扩散速度小于电化学反应速度造成的极化3）电阻极化：由于在电极表面生成有保护作用的氧化膜，钝化膜或其他不溶性腐蚀产物，这些高电阻产物增大了体系电阻，使电极反应受阻而造成极化

22.为什么材料的各种物理性能本质，均与晶格热振动有关

1）固体材料点阵中的质点总是围绕其平衡位置作热振动

2）质点热振动的剧烈程度与温度有关，随温度的升高运动加剧，甚至产生扩散，温度升到一定程度时，振动周期破坏，导致材料熔化，表现出固定熔点。

四论述

掺杂半导体的载流子随温度变化的特点：

1）低温区：导带中的电子种族要来源于掺杂原子的电离P型为价电中空穴，n=m+称作电离区。

2）中温区：电离基本完毕，m+大约等于掺杂浓度N d0，但正激发载流子低于m+忽略不计，半导体中总载流子浓度不变，称耗竭区

3）高温区：本正激发占主导地位，掺杂半导体行为类似于本征半导体，称本征区。

4）在温度升高过程中，电导率在低温区升高，中温区下降，高温区迅速升高。

五计算

金属铝铜铁磁道率分别为。。。写出他们磁化率并写明他们属于哪一类磁性材料？

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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 -,

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

材料物理性能考试复习资料

1. 影响弹性模量的因素包括:原子结构、温度、相变。 2. 随有温度升高弹性模量不一定会下降。如低碳钢温度一直升到铁素体转变为奥氏体相变点，弹性模量单调下降，但超过相变点，弹性校模量会突然上升，然后又呈单调下降趋势。这是在由于在相变点因为相变的发生，膨胀系数急剧减小，使得弹性模量突然降低所致。 3. 不同材料的弹性模量差别很大，主要是因为材料具有不同的结合键和键能。 4. 弹性系数Ks 的大小实质上代表了对原子间弹性位移的抵抗力，即原子结合力。对于一定的材料它是个常数。弹性系数Ks 和弹性模量E 之间的关系:它们都代表原子之间的结合力。因为建立的模型不同，没有定量关系。（☆） 5. 材料的断裂强度：a E th /γσ= 材料断裂强度的粗略估计：10/E th =σ 6. 杜隆-珀替定律局限性:不能说明低温下，热容随温度的降低而减小，在接近绝对零度时，热容按T 的三次方趋近与零的试验结果。 7. 德拜温度意义: ① 原子热振动的特征在两个温度区域存在着本质差别，就是由德拜温度θD 来划分这两个温度区域: 在低θD 的温度区间，电阻率与温度的5次方成正比。在高于θD 的温度区间，电阻率与温度成正比。 ② 德拜温度------晶体具有的固定特征值。 ③ 德拜理论表明:当把热容视为(T/θD )的两数时，对所有的物质都具有相同的关系曲线。德拜温度表征了热容对温度的依赖性。本质上，徳拜温度反应物质内部原子间结合力的物理量。 8. 固体材料热膨胀机理：（1）固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。（2）晶体中各种热缺陷的形成造成局部点阵的畸变和膨胀。随着温度升高，热缺陷浓度呈指数增加，这方面影响较重要。 9. 导热系数与导温系数的含义: 材料最终稳定的温度梯度分布取决于热导率，热导率越高，温度梯度越小;而趋向于稳定的速度,则取决于热扩散率,热扩散率越高，趋向于稳定的速度越快。即:热导率大，稳定后的温度梯度小，热扩散率大，更快的达到“稳定后的温度梯度”（☆） 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，故又称为抗热震性。热稳定性破坏(即抗热振性)的类型有两种：抗热冲击断裂性和抗热冲击损伤性。 11. 提高材料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 ，σ/E 增大，即提高了材料柔韧性，这样可吸收较多的应变能而不致于开裂。晶粒较细，晶界缺陷小，气孔少且分散者，强度较高，抗热冲击断裂性较好。

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

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

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

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重点-田莳

1.微观粒子的波粒二象性在量子力学里，微观粒子在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。这种量子行为称为波粒二象性。 2.波函数及其物理意义微观粒子具有波动性，是一种具有统计规律的几率波，它决定电子在空间某处出现的几率，在t 时刻，几率波应是空间位置（x,y,z,t)的函数。此函数称波函数。其模的平方代表粒子在该处出现的概率。表示t 时刻、（x 、y 、z ）处、单位体积内发现粒子的几率。 3.自由电子的能级密度能级密度即状态密度。 dN 为E 到E+dE 范围内总的状态数。代表单位能量范围内所能容纳的电子数。 4.费米能级在0K 时，能量小于或等于费米能的能级全部被电子占满，能量大于费米能级的全部为空。故费米能是0K 时金属基态系统电子所占有的能级最高的能量。 5.晶体能带理论假定固体中原子核不动，并设想每个电子是在固定的原子核的势场及其他电子的平均势场中运动，称单电子近似。用单电子近似法处理晶体中电子能谱的理论，称能带理论。 6.导体，绝缘体，半导体的能带结构根据能带理论，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期隔着一个宽的禁带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 1.电导率是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值。当施加电压于导体的两端时，其电荷载子会呈现朝某方向流动的行为，因而产生电流。电导率是以欧姆定律定义为电流密度和电场强度的比率： κ=1/ρ 2.金属—电阻率与温度的关系金属材料随温度升高，离子热振动的振幅增大，电子就愈易受到散射，当电子波通过一个理想品体点阵时(0K)，它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子被才受到散射(不相干散射)，这就是金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示)，以及晶体中异类原于、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样，电子波在这些地方发生散射而产生电阻，降低导电性。金属电阻率在不同温度范围与温度变化关系不同。一般认为纯金属在整个温度区间产生电阻机制是电子-声子（离子）散射。在极低温度下，电子-电子散射构成了电阻产生的主要机制。金属融化，金属原子规则阵列被破坏，从而增强了对电子的散射，电阻增加。 3.离子电导理论离子电导是带有电荷的离子载流子在电场作用下的定向移动。一类是晶体点阵的基本离子，因热振动而离开晶格，形成热缺陷，离子或空位在电场作用下成为导电载流子，参加导电，即本征导电。另一类参加导电的载流子主要是杂质。离子尺寸，质量都远大于电子，其运动方式是从一个平衡位置跳跃到另一个平衡位置。离子导电是离子在电场作用下的扩散。其扩散路径畅通，离子扩散系数就高，故导电率高。 4.快离子导体（最佳离子导体，超离子导体）具有离子导电的固体物质称固体电解质。有些

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

材料物理性能测试思考题答案

有效电子数：不是所有的自由电子都能参与导电，在外电场的作用下，只有能量接近费密能的少部分电子，方有可能被激发到空能级上去而参与导电。这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。 K状态：一般与纯金属一样，冷加工使固溶体电阻升高，退火则降低。但对某些成分中含有过渡族金属的合金，尽管金相分析和Ｘ射线分析的结果认为其组织仍是单相的，但在回火中发现合金电阻有反常升高，而在冷加工时发现合金的电阻明显降低，这种合金组织出现的反常状态称为K状态。X射线分析发现，组元原子在晶体中不均匀分布，使原子间距的大小显著波动，所以也把K状态称为“不均匀固溶体”。能带：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。禁带：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。金属材料的基本电阻：理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关，可以看成为基本电阻，基本电阻在绝对零度时为零。残余电阻(剩余电阻)：电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中，绝对零度下金属呈现剩余电阻。这个电阻反映了金属纯度和不完整性。相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K)是衡量金属纯度的重要指标。剩余电阻率ρ’：金属在绝对零度时的电阻率。实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。相对电导率：工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。马基申定则(马西森定则)：ρ＝ρ’＋ρ(T)在一级近似下，不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。ρ’：决定于化学缺陷和物理缺陷而与温度无关的剩余电阻率。ρ(T)：取决于晶格热振动的电阻率(声子电阻率)，反映了电子对热振动原子的碰撞。晶格热振动：点阵中的质点(原子、离子)围绕其平衡位置附近的微小振动。格波：晶格振动以弹性波的形式在晶格中传播，这种波称为格波，它是多频率振动的组合波。热容：物体温度升高1K时所需要的热量(J/K)表征物体在变温过程中与外界热量交换特性的物理量，直接与物质内部原子和电子无规则热运动相联系。比定压热容：压力不变时求出的比热容。比定容热容：体积不变时求出的比热容。热导率：表征物质热传导能力的物理量为热导率。热阻率：定义热导率的倒数为热阻率ω，它可以分解为两部分，晶格热振动形成的热阻(ωp)和杂质缺陷形成的热阻(ω0)。导温系数或热扩散率：它表示在单位温度梯度下、单位时间内通过单位横截面积的热量。热导率的单位：W/(m·K) 热分析：通过热效应来研究物质内部物理和化学过程的实验技术。原理是金属材料发生相变时，伴随热函的突变。反常膨胀：对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金，在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰，这些变化称为反常膨胀。其中镍和钴的热膨胀峰向上为正，称为正反常；而铁和铁镍合金具有负反常的膨胀特性。交换能：交换能E ex=－2Aσ1σ2cosφA—交换积分常数。当A＞0，φ＝0时，E ex最小，自旋磁矩自发排列同一方向，即产生自发磁化。当A＜0，φ＝180°时，E ex也最小，自旋磁矩呈反向平行排列，即产生反铁磁性。交换能是近邻原子间静电相互作用能，各向同性，比其它各项磁自由能大102～104数量级。它使强磁性物质相邻原子磁矩有序排列，即自发磁化。磁滞损耗：铁磁体在交变磁场作用下，磁场交变一周，B-H曲线所描绘的曲线称磁滞回线。磁滞回线所围成的面积为铁 =? 磁体所消耗的能量，称为磁滞损耗，通常以热的形式而释放。磁滞损耗Q HdB 技术磁化：技术磁化的本质是外加磁场对磁畴的作用过程即外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向(和)或近似外磁场方向的过程。技术磁化的两种实现方式是的磁畴壁迁移和磁矩的转动。请画出纯金属无相变时电阻率—温度关系曲线，它们分为几个阶段，各阶段电阻产生的机制是什么？为什么高温下电阻率与温度成正比？ 1—ρ电-声∝T( T > 2/ 3ΘD ) ； 2—ρ电-声∝T5 ( T< <ΘD )；

材料物理性能期末复习考点教学内容

材料物理性能期末复习考点

一名词解释 1.声频支振动：震动着的质点中所包含的频率甚低的格波，质点彼此之间的相位差不大，格波类似于弹性体中的应变波，称声频支振动。 2.光频支振动：格波中频率甚高的振动波，质点间的相位差很大，临近质点的运动几乎相反，频率往往在红外光区，称光频支振动。 3.格波：材料中一个质点的振动会影响到其临近质点的振动，相邻质点间的振，动会形成一定的相位差，使得晶格振动以波的形式在整个材料内传播的波。 4.热容：材料在温度升高和降低时要时吸收或放出热量，在没有相变和化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量。 5.一级相变：相变在某一温度点上完成，除体积变化外，还同时吸收和放出潜热的相变。 6.二级相变：在一定温度区间内逐步完成的，热焓无突变，仅是在靠近相变点的狭窄区域内变化加剧，其热熔在转变温度附近也发生剧烈变化，但为有限值的相变。 7.热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。 8.热膨胀分析：利用试样体积变化研究材料内部组织的变化规律的方法。 9.热传导：当材料相邻部分间存在温度差时，热量将从温度高的区域自动流向温度低的区域的现象。 10.热稳定性（抗热震性）：材料称受温度的急剧变化而不致破坏的能力。 11.热应力：由于材料的热胀冷缩而引起的内应力。 12.材料的导电性：在电场作用下，材料中的带电粒子发生定向移动从而产生宏观电流 13.载流子：材料中参与传导电流的带电粒子称为载流子 14.精密电阻合金：需要电阻率温度系数TRC或者α数值很小的合金，工程上称其为精密电阻合金 15.本征半导体：半导体材料中所有价电子都参与成键，并且所有键都处于饱和（原子外电子层填满）状态，这类半导体称为本征半导体。 16. n型半导体:掺杂半导体中或者所有结合键处被价电子填满后仍有部分富余的价电子的这类半导体。 17. p型半导体：在所有价电子都成键后仍有些结合键上缺少价电子，而出现一些空穴的一类半导体。 18.光致电导：半导体材料材料受到适当波长的电磁波辐射时，导电性会大幅升高的现象。

材料物理性能作业及课堂测试

热学作业（一） 1. 请简述关于固体热容的经典理论. 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论存在的什么问题？其本身又存在什么问题？为什么会出现这样的问题？德拜模型怎样解决了爱因斯坦模型的问题？答：固体热容的经典理论包括关于元素热容的杜隆-珀替定律，以及关于化合物热容的柯普定律。前者内容为：恒压下元素的原子热容约为25 J/(K·mol)。后者内容为：化合物分子热容等于构成该化合物的各元素原子热容之和。爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论中C m 不随T 变化的问题。在高温下爱因斯坦模型与经典理论一致，与实际情况相符，在0K 时C m 为0，但该模型得出的结论是C m 按指数规律随T 变化，这与实际观察到的C m 按T 3变化的规律不一致。之所以出现这样的问题是因为爱因斯坦热容模型对原子热振动频率的处理过于简化——原子并不是彼此独立地以同样的频率振动的，而是相互间有耦合作用。德拜模型主要考虑声频支振动的贡献，把晶体看作连续介质，振动频率可视为从0到ωmax 连续分布的谱带，从而较为准确地处理了热振动频率的问题。 2. 金属Al 在30K 下的C v,m =0.81J/K·mol ，其θD 为428K. 试估算Al 在50K 及500K 时的热容C v,m . 解：50K 远低于德拜温度428K ，在此温度下，C v 与T 3成正比，即3T A C v ?= 则 53310330 81 .0-?=== T C A v J/mol·K 4 故50K 时的恒容热容75.3501033 53=??=?=-T A C v J/mol·K 500K 高于德拜温度，故此温度下的恒容摩尔热容约为定值3R ，即： 9.2431.833=?=?=R C v J/mol·K 热学作业（二） 1、晶体加热时，晶格膨胀会使得其理论密度减小. 例如，Cu 在室温（20℃）下密度为8.94g/cm 3，待加热至1000℃时，其理论密度值为多少？（不考虑热缺陷影响，Cu 晶体从室温~1000℃的线膨胀系数为17.0×10-6/℃）解：因为3202020a m V m D == ，31000 10001000a m V m D ==